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Stand der
Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Steuerung eines automatisierten Schaltgetriebes eines Kraftfahrzeugs
mit einer kraftstoffdirekteinspritzenden Brennkraftmaschine, die
Kraftstoff in mindestens zwei Betriebsarten in einen Brennraum einspritzt
und bei der zwischen den Betriebsarten umgeschaltet wird, wobei
eine Betriebsartanforderung in Abhängigkeit davon ermittelt wird,
ob die einzelnen Betriebsarten in der Lage sind, ein angefordertes
Drehmoment zu erzeugen. Die Erfindung betrifft darüber hinaus
ein Computerprogramm sowie ein Steuer- und Regelgerät zum Betreiben
einer Getriebesteuerung eines automatisierten Schaltgetriebes eines
Kraftfahrzeugs und schließlich
ein Kraftfahrzeug selbst, das eine von einem Motorsteuergerät gesteuerte
direkteinspritzende Brennkraftmaschine und ein von einem Getriebesteuergerät gesteuertes
automatisches Getriebe aufweist, wobei die Brennkraftmaschine während des
Betriebs durch das Motorsteuergerät zwischen einer ersten Betriebsart,
in der bspw. Kraftstoff während
einer Verdichtungsphase eingespritzt wird und einer zweiten Betriebsart,
in der der Kraftstoff bspw. während
einer Ansaugphase in einen Brennraum einspritzbar ist, umschaltbar
ist.
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Derartige Systeme zur direkten Einspritzung von
Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine sind allgemein
bekannt. Es wird dabei vielfach als erste Betriebsart ein sog. Schichtbetrieb
und als zweite Betriebsart ein sog. Homogenbetrieb unterschieden.
Der Schichtbetrieb dient insbesondere zum Betrieb bei kleineren
Lasten, während
der Homogenbetrieb bei größeren, an
der Brennkraftmaschine anliegenden Lasten zur Anwendung kommt.
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Im Schichtbetrieb wird der Kraftstoff
während der
Verdichtungsphase der Brennkraftmaschine in den Brennraum derart
eingespritzt, dass sich im Zeitpunkt der Zündung eine Kraftstoffwolke
in unmittelbarer Umgebung einer Zündkerze befindet. Diese Einspritzung
kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. So ist es möglich, dass
sich die eingespritzte Kraftstoffwolke bereits während bzw. unmittelbar nach
der Einspritzung bei der Zündkerze
befindet und von dieser entzündet
wird. Ebenfalls ist es möglich,
dass die eingespritzte Kraftstoffwolke durch eine Ladungsbewegung
zu der Zündkerze
geführt
und erst dann entzündet
wird. Bei beiden Brennverfahren liegt keine gleichmäßige Kraftstoffverteilung
vor, sondern eine geschichtete Ladungsverteilung.
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Der Vorteil des Schichtbetriebs liegt
darin, dass mit einer sehr geringen Kraftstoffmenge die anliegenden
kleinen Lasten von der Brennkraftmaschine ausgeführt werden können. Hieraus
resultiert ein geringerer Kraftstoffverbrauch, der ein zunehmend wichtiges
Kriterium bei Kraftfahrzeugen darstellt und damit auch geringere
Emissionen an die Umwelt. Größere Lasten,
insbesondere Volllast können
allerdings nicht durch den Schichtbetrieb erfüllt werden.
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Der Homogenbetrieb ist gegenüber dem Schichtbetrieb,
der hauptsächlich
für den
Leerlauf- und Teillastbetrieb geeignet ist, für den Volllastbetrieb vorgesehen.
Bei einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine wird daher in
Abhängigkeit
von einem angeforderten Drehmoment zwischen den genannten Betriebsarten
umgeschaltet.
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Im Homogenbetrieb wird der Kraftstoff
während
der Ansaugphase der Brennkraftmaschine eingespritzt, so dass eine
Verwirbelung und damit eine Verteilung des Kraftstoffs im Brennraum
noch ohne Weiteres erfolgen kann. Insoweit entspricht der Homogenbetrieb
etwa der Betriebsweise von Brennkraftmaschinen, bei denen in herkömmlicher
Weise Kraftstoff in ein Ansaugrohr eingespritzt wird (Saugrohreinspritzung).
Bei Bedarf kann aber auch bei kleinerer Last bei einem Direkteinspritzer
der Homogenbetrieb eingesetzt werden, bspw. in der Startphase.
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Die unterschiedlichen Betriebsarten
der Brennkraftmaschine stellen unterschiedliche Anforderungen an
die Steuerung und/oder Regelung einer in einem Ansaugrohr angeordneten
Drosselklappe. So ist es bspw. vorteilhaft, wenn im Schichtbetrieb
die Drosselklappe möglichst
weit geöffnet
wird, um den Kraftstoffverbrauch zu verringern. Es muss aber vermieden
werden, dass aufgrund einer zu weit geöffneten Drosselklappe bestimmte
Funktionen der Brennkraftmaschine, z. B. eine Abgasrückführung oder eine
Tankentlüftung
aufgrund der entstehenden Druckverhältnisse nicht mehr funktionieren.
Im Schichtbetrieb wird wegen der geöffneten Drosselklappe die Verbrennung
im Wesentlichen durch die einzuspritzende Kraftstoffmasse gesteuert
und/oder geregelt. Darüber
hinaus soll im Schichtbetrieb das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda
aus Abgasgründen einen
Mindestwert oberhalb von 1 haben. Daraus resultiert eine Mindestöffnung der
Drosselklappe. Andererseits soll eine gewisse Androsselung die genannten
anderen Funktionen ermöglichen.
Hieraus ergibt sich ein maximaler Lambdawert.
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Im Homogenbetrieb wird ein konstantes Luft-Kraftstoffverhältnis bei
Lambda = 1 gefahren. Dort besteht ein festes Verhältnis zwischen
Kraftstoffmenge und Luftmenge, die über die Drosselklappe gesteuert
bzw. geregelt wird.
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In beiden Betriebsarten, also im
Schichtbetrieb und im Homogenbetrieb, wird die einzuspritzende Kraftstoffmasse
zusätzlich
in Abhängigkeit
von einer Vielzahl weiterer Betriebsgrößen auf einen im Hinblick auf
Kraftstoffeinsparung, Abgasreduzierung und dergleichen optimalen
Wert gesteuert und/oder geregelt. Die Steuerung und/oder Regelung
ist dabei in den beiden Betriebsarten unterschiedlich. Weiterhin
kann die Kraftstoffmenge bei den verschiedenen Betriebsarten alternativ
auf mehrere getrennte Einspritzungen verteilt werden (sog. Nacheinspritzung oder
Doppeleinspritzung).
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Entsprechend kann auch abhängig von
der Einspritzart (z. B. Doppeleinspritzung bei hoher Last) Einfluss
auf die Steuerung des Getriebes genommen werden.
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Automatisierte Schaltgetriebe sind
sowohl Mehrgang-Automatikgetriebe,
wobei hierdurch auch automatische Getriebe im Sinne von voll- oder
teilautomatisierten Handschaltgetrieben (vgl. Bosch "Kraftfahrzeugtechnisches
Taschenbuch", S.
597) umfasst sind. Ebenfalls umfasst sind Lastschaltautomatikgetriebe
(Bosch "Kraftfahrzeugtechnisches
Taschenbuch" a.a.O.).
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Aus dem Stand der Technik ist es
bekannt, automatische Getriebe in Abhängigkeit der Drehzahl der Brennkraftmaschine
bzw. von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und von einem durch
den Fahrer des Kraftfahrzeugs geforderten Moment zu steuern. Ein
Getriebesteuergerät
verarbeitet diese Informationen nach einem vorgegebenen Steueralgorithmus
und ermittelt daraus die an das Getriebe auszugebenden Größen. Als
Schnittstelle zwischen der Elektronik des Getriebesteuergeräts und der
Hydraulik des Getriebes dienen elektrohydraulische Wandler.
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Bei einer Brennkraftmaschine mit
Saugrohreinspritzung lässt
sich bspw. ein verbrauchsoptimierter Betrieb einfach über eine
möglichst
niedrige Drehzahl der Brennkraftmaschine einstellen. Im Gegensatz
zu herkömmlichen
Brennkraftmaschinen mit Saugrohreinspritzung ergeben sich bei direkteinspritzenden
Brennkraftmaschinen zusätzliche
Betriebsgrößen, die
Auswirkungen auf den Fahrbetrieb, insbesondere auf den Kraftstoffverbrauch,
die Geräuschemission
und die Abgasemission eines Kraftfahrzeuges haben. Bei einer direkteinspritzenden
Brennkraftmaschine hängt
ein verbrauchsoptimierter Betrieb von weiteren Betriebsgrößen der
Brennkraftmaschine ab.
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Es ist aus dem Stand der Technik
gemäß
DE 100 14 218 A1 bekannt,
ein Verfahren zur Steuerung eines automatischen Getriebes eines
Kraftfahrzeugs mit einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine vorzusehen,
die während
des Betriebs zwischen einer ersten Betriebsart, in der der Kraftstoff
während einer
Verdichtungsphase und einer zweiten Betriebsart, in der der Kraftstoff
während
einer Ansaugphase in einen Brennraum eingespritzt wird, umgeschaltet wird,
wobei das automatische Getriebe in Abhängigkeit von der Betriebsart
gesteuert wird, indem die Brennkraftmaschine momentan betrieben
wird.
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Darüber hinaus nutzen bekannte
Verfahren zur Steuerung des Schaltvorgangs bei automatisierten Schaltgetrieben
(ASG) Drehmomentsollwerte bzw. Drehzahlsollwerte, welche als Betriebszustandsvorgabe
für den
Motor an die Stelle des Fahrerwunsches oder sonstiger Eingriffe
treten. Die Steuerung erfolgt dabei in unterschiedlichen Phasen, in
denen vom Getriebesteuergerät über die
Sollwerte geeignete zeitliche Verläufe des Motormoments bzw. der
Drehzahl vorgegeben werden. Ist bspw. ein Drehzahlsollwert vorgegeben,
so wird über
Regler zwischen dem Drehzahl-Soll- und dem Drehzahl-Istwert eine Ausregelung
der Abweichung durch geeignete Vorgabe des Motormoments vorgenommen.
Dabei hängt
der zur Verfügung
stehende Stellbereich vom aktuellen Betriebszustand des Motors ab.
Eine Veränderung
des Stellbereichs kann insbesondere bei Motoren mit Benzindirekteinspritzung
durch Umschaltung der Betriebsart erfolgen. Dabei verzichten die
bekannten Verfahren zur Steuerung der Betriebsart von Benzindirekteinspritzmotoren
auf eine gezielte Änderung
der Betriebsart während
des Schaltvorganges der automatisierten Schaltgetriebe, da hierdurch
der Schaltvorgang und insbesondere die Kraftunterbrechung verlängert würde.
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Andere bekannte Verfahren ermitteln
mit Hilfe eines vereinfachten Streckenmodells basierend auf einem
geschätzten
Trägheitsmoment
des Motors aus der Drehzahldifferenz und der vorgegebenen maximalen
Zeitdauer bis zur Synchronisierung das erforderliche Moment und
damit die vorzugebende Betriebsart.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung,
bei einem Kraftfahrzeug mit einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine
und einem automatisierten Schaltgetriebe eine Betriebsartumschaltung
derart vorzunehmen, dass vorausschauend die Fahrsituation nach Abschluss
des Schaltvorganges sowie der Momentenbedarf zur Realisierung der
Drehzahlsynchronisation beachtet wird.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren
zur Steuerung eines automatisierten Schaltgetriebes eines Kraftfahrzeugs
mit kraftstoffdirekteinspritzender Brennkraftmaschine, die Kraftstoff in
mindestens zwei Betriebsarten in einen Brennraum einspritzt und
bei der zwischen den Betriebsarten umgeschaltet wird, wobei eine
Betriebsartanforderung in Abhängigkeit
davon ermittelt wird, ob die einzelnen Betriebsarten in der Lage
sind, ein angefordertes Drehmoment zu erzeugen, wobei eine Betriebsartenumschaltung
durchgeführt
wird, wenn ein inneres Motormoment nach Änderung der Übersetzung
in dem automatisierten Schaltgetriebe ein in der aktuellen Betriebsart
erzielbares Maximalmoment übersteigt
und/oder wobei die Betriebsartenumschaltung in Abhängigkeit
des für
eine Drehzahländerung durch Änderung
der Übersetzung
in einer vorgegebenen Synchronisationszeit notwendigen Momentes dergestalt
erfolgt, dass geprüft
wird, ob der für
die Drehzahländerung
in der gegebenen Synchronisationszeit notwendige Drehimpuls größer ist
als der in der aktuellen Betriebsart realisierbare Drehimpuls erhalten
aus dem zeitlichen Integral über
einem Maximalmoment in der aktuellen Betriebsart.
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Vorteilhaft ist hieran, dass die
Betriebsartenumschaltung zeitlich koordiniert und unabhängig vom
Schaltvorgang durchgeführt
werden kann, bspw. vor Beginn des Schaltvorganges. Die Betriebsartenwahl
berücksichtigt
vorausschauend die Fahrsituation nach Abschluss des Schaltvorganges
sowie den Momentenbedarf zur Realisierung der Drehzahlsynchronisation.
Die Auswahl der Betriebsart erfolgt basierend auf der beabsichtigten Änderung
der Übersetzung,
der dabei ggf. vorgegebenen maximalen Synchronisationszeit für die Einsteuerung
der neuen Drehzahl und dem aktuellen Fahrerwunsch. Mit der Verwendung des
Verfahrens kann dabei der Schaltvorgang vorteilhaft beeinflusst
werden, indem Betriebsartenumschaltungen bedarfsabhängig und
reproduzierbar vorgenommen werden. Unnötige Betriebsartenwechsel,
welche den Schaltvorgang zusätzlich
verlängern
würden,
unterbleiben. Hierdurch kann insbesondere der Zeitraum der Kraftunterbrechung
während
der Drehzahlsynchronisation verkürzt
werden. Durch die zeitlich koordinierte Betriebsartenumschaltung
werden reproduzierbare Verläufe
des Motormoments während
der Getriebeumschaltung sichergestellt.
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Dabei kann als Fahrerwunschmoment
das Radmoment bzw. Getriebeausgangsmoment angenommen werden, wobei
in vereinfachter Näherung das
Zielfahrerwunschmoment als gleichbleibend angesehen werden kann.
Das dem Zielfahrerwunschmoment entsprechende innere Motormoment bzw.
Getriebeeungangsmoment kann aus dem Getriebeausgangsmoment in einfacher
Weise unter Nutzung der bekannten Zielübersetzung und Berücksichtigung
der Verluste berechnet werden. Dabei ergibt sich das innere Motormoment
nach Änderung der Übersetzung,
also das innere Ziel-Motormoment aus
der Summe der Verlustmomente bei Zieldrehzahl und dem dem aktuellen
Fahrerwunschmoment auf Radmomentbasis entsprechenden inneren Moment bei
Zieldrehzahl. Eine Betriebsartenumschaltung wird dann durchgeführt, wenn
das innere Motormoment nach Änderung
der Übersetzung
das in der aktuellen Betriebsart realisierbare Maximalmoment überschreitet.
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Alternativ oder zusätzlich dazu
kann als zweite Strategie eine Umschaltung der Betriebsart in Abhängigkeit
vom für
die erforderliche Drehzahländerung
in der vorgegebenen Synchronisationszeit notwendigen Moment erfolgen.
Beispielsweise bei Erkennen einer im Magerbetrieb nicht erfüllbaren Momentenanforderung
in einer zweiten Phase der Umschaltung, wobei der Schaltvorgang
in der Regel in drei Phasen aufgeteilt werden kann, wird die Magerbetriebsart
verboten und der Homogenbetrieb gefordert. Diese Entscheidung kann
unter Nutzung des Drehimpulssatzes getroffen werden: Ist der für die Drehzahländerung
in der gegebenen Zeit notwendige Drehimpuls 2 Pi . J . Δn größer als
der im Magerbetrieb realisierbare Drehimpuls aus dem zeitlichen Integral über dem
Maximalmoment im Magerbetrieb, so wird die Magerbetriebsart verboten.
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Generell liegt der Vorteil der Erfindung
in der zeitlich koordinierten Betriebsartenwahl während den Schaltvorgängen eines
automatisierten Schaltgetriebes. Die Unterbrechung des Kraftschlusses
zwischen Motor und Triebstrang während
des Schaltvorganges wird nicht durch Betriebsartenumschaltungen
verlängert.
Die vorausschauende Wahl der Betriebsart nach Abschluss des Getriebeschaltvorganges
gewährleistet,
dass der auf Radmomentbasis vorliegende Fahrerwunsch erfüllt werden
kann.
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Die Bestimmung des dem radmomentbasierten
Fahrerwunschmoment entsprechenden inneren Motormomentes kann mittels
Division des radmomentbasierten Fahrerwunschmomentes durch die Zielübersetzung
und Addition der Verlustmomente erfolgen. Das radmomentbasierte
Fahrerwunschmoment kann durch Multiplikation des aktuellen inneren Motormomentes
abzüglich
der Verluste mit der Ist-Übersetzung
ermittelt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass bei Überschreiten
des Maximalmomentes einer Betriebsart durch das dem radmomentbasierten
Fahrerwunschmoment entsprechende innere Motormoment eine Umschaltung
der Betriebsart in eine Betriebsart mit höherem realisierbaren Maximalmoment erfolgt.
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Dabei kann das Maximalmoment in Abhängigkeit
der Luftfüllung
und der Drehzahl bestimmt werden. Die Verluste der Brennkraftmaschine
und der Nebenaggregate können
den aktuellen Verlusten gleichgesetzt werden, wobei die Prüfung auf
eine Betriebsartenumschaltung durch die Getriebesteuerung angefordert
wird. Die Getriebesteuerung stellt dabei die Daten für die Ist-
und die Zielübersetzung
bereit. Nach erfolgter Betriebsartenumschaltung kann eine Freigabe
an die Getriebesteuerung des automatisierten Schaltgetriebes erfolgen,
woraufhin der Getriebeschaltvorgang ausgeführt wird. Die Betriebsartenumschaltung
kann dabei entweder vor der Getriebeumschaltung oder während einer
ersten Phase des Getriebeschaltvorganges erfolgen.
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Wird die zweite Strategie entweder
alternativ oder parallel zu der ersten Strategie zur Bestimmung eines
Betriebsartenwechsels verfolgt, so kann der Drehimpuls als Produkt
der Drehzahländerung
zuzüglich
einer Drehzahlschwelle und dem Trägheitsmoment der Brennkraftmaschine
berechnet werden, multipliziert mit dem Faktor 2 Pi. Der in einer
Betriebsart realisierbare Drehimpuls wird in Abhängigkeit der Drehzahl, der
Luftfüllung
und der Synchronisationszeit ermittelt aus dem maximalen Moment
der Betriebsart.
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Die Erfindung wird weiterhin gelöst durch
ein Computerprogramm, wobei das Computerprogramm zur Durchführung des
Verfahrens der vorstehend beschriebenen Art geeignet ist, wenn es
auf einem Computer ausgeführt
wird, wobei es in einem Speicher, insbesondere einem Read-Only-Memory oder einem
Flash-Memory abgespeichert ist.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren
ein Steuer- und/oder Regelgerät
zum Betreiben einer Getriebesteuerung eines automatisierten Schaltgetriebes eines
Kraftfahrzeuges, das einen Speicher umfasst, auf dem ein entsprechendes
Computerprogramm der vorstehend beschriebenen Art abgespeichert
ist. Schließlich
umfasst die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer von einem Motorsteuergerät gesteuerten
direkteinspritzenden Brennkraftmaschine und einem von einem Getriebesteuergerät gesteuerten
automatisierten Schaltgetriebe, wobei die Brennkraftmaschine zwischen
mindestens zwei Betriebsarten durch das Motorsteuergerät umschaltbar
ist, wobei das Motorsteuergerät
und das Getriebesteuergerät
zur Übermittlung
von Betriebszuständen
und Fahreranforderungen miteinander in Datenkommunikation stehen,
um eine Betriebsartenumschaltung durchzuführen, wenn ein inneres Motormoment
nach Änderung
einer Übersetzung
des automatisierten Schaltgetriebes ein in der aktuellen Betriebsart
erzielbares Maximalmoment übersteigt
und/oder wenn der Drehimpuls für
die Drehzahländerung
in einer vorgegebenen Synchronisationszeit größer ist als ein in der aktuellen
Betriebsart realisierbarer Drehimpuls aus dem zeitlichen Integral über dem
Maximalmoment in der aktuellen Betriebsart.
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Insbesondere kann vorgesehen sein,
dass das Motorsteuergerät
und das Getriebesteuergerät zu
einem gemeinsamen Triebstrangsteuergerät zusammengefasst sind.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung, das in der Zeichnung dargestellt ist. Dabei bilden
alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den
Gegenstand der Erfindung, unabhängig
von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung
sowie unabhängig
von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw.
in der Zeichnung.
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Es zeigen:
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1 ein
erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug in
schematischer Darstellung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform;
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2 ein
schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Steuern eines automatisierten Schaltgetriebes;
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3 ein
Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug
in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet.
Das Kraftfahrzeug 1 umfasst eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine 2,
die von einem Motorsteuergerät 3 gesteuert
wird. Über
eine Datenübertragungsverbindung 4 werden
für die Steuerung
der Brennkraftmaschine 2 relevante Betriebszustandsgrößen an das
Motorsteuergerät 3 übermittelt.
Die Betriebszustandsgrößen sind
bspw. die Drehzahl n der Brennkraftmaschine 2 oder das von
der Brennkraftmaschine 2 abgegebene Motormoment M_ist.
Die Datenübertragungsverbindung 4 kann
als eine Datenleitung oder als ein Daten-Bus ausgebildet sein. In
den meisten Fällen
sind elektrische Leitungen/Verbindungen zur Steuergeräte-Peripherie
(Sensoren und Aktoren der Motorsteuerung)vorgesehen. In einigen
Fällen
ist die Ansteuerung der Peripherie außerhalb des Steuergerätes angeordnet,
dann kann die Verbindung ein Daten-Bus sein. Das Motorsteuergerät 3 ermittelt
in Abhängigkeit
von den Betriebszustandsgrößen der
Brennkraftmaschine 2 und in Abhängigkeit weiterer Größen bspw.
eines von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 angeforderten
Momentes M_soll geeignete Werte für die Steuergrößen der
Brennkraftmaschine 2. Steuergrößen, über deren Variation der Betrieb
der Brennkraftmaschine 2 beeinflusst werden kann, sind
bspw. das Luft-Kraftstoffverhältnis
Lambda, der Zündzeitpunkt
und die zugeführte
Kraftstoffmasse.
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Die Brennkraftmaschine 2 ist
als eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine ausgebildet, die durch
das Motorsteuergerät 3 umschaltbar
ist zwischen einer ersten Betriebsart (Schichtbetrieb), in der Kraftstoff
während
einer Verdichtungsphase in einen Brennraum eingespritzt wird, und
einer zweiten Betriebsart (Homogenbetrieb), in der Kraftstoff während einer
Ansaugphase in den Brennraum eingespritzt wird. Dabei wird die Brennkraftmaschine 2 bei relativ
niedrigen Drehzahlen n und geringen Motormomenten M in der ersten
Betriebsart (Schichtbetrieb) betrieben. Bei relativ hohen Drehzahlen
n der Brennkraftmaschine 2 und/oder relativ großen Drehmomenten
M wird die Brennkraftmaschine 2 in der zweiten Betriebsart
(Homogenbetrieb) betrieben. Bei kleineren Lasten kann die Brennkraftmaschine 2 in einen
mageren Homogenbetrieb Lambda > 1)
als dritte Betriebsart umgeschaltet werden.
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Das Kraftfahrzeug 1 weist
des Weiteren ein automatisches Getriebe 5 auf, das von
einem Getriebesteuergerät 6 gesteuert
wird. Das automatisierte Schaltgetriebe 5 ist als ein in
mehreren Schaltstufen schaltbares vollautomatisches Getriebe ausgebildet. Zwischen
dem Getriebe 5 und dem Getriebesteuergerät 6 ist
eine Datenübertragungsverbindung 7 ausgebildet, über die
für die
Getriebesteuerung relevante Betriebszustandsgrößen des Getriebes 5 an
das Getriebesteuergerät 6 übermittelt
werden können. Das
von der Brennkraftmaschine 2 abgegebene Drehmoment M wird über das
Getriebe 5 an die angetriebenen Räder 8 des Kraftfahrzeugs 1 übertragen
und bewirkt so einen Vortrieb des Kraftfahrzeugs 1. Zwischen
dem Motorsteuergerät
und dem Getriebesteuergerät 6 sind Übertragungsmittel 9 ausgebildet, über die
bspw. die Betriebsart, in der die Brennkraftmaschine 2 momentan
betrieben wird, übermittelt
werden kann. Des Weiteren können über die Übertragungsmittel 9 die
aktuell möglichen
Betriebsarten der Brennkraftmaschine 2, ein von einem Fahrer
des Kraftfahrzeug 1 angefordertes Moment M oder die Summe
der angeforderten Momente M übertragen
werden. Die Übertragungsmittel 9 sind
vorzugsweise als Controller-Area-Network
(CAN)-Bus ausgebildet, über
den die relevanten Daten paketorientiert übermittelt werden. Alternativ
können
das Motorsteuergerät
und das Getriebesteuergerät
sowie die Übertragungsmittel 9 zu
einem gemeinsamen Triebstrangsteuergerät zusammengefasst sein.
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2 zeigt
ein Blockschaltbild einer ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung. Dabei ergibt
sich eine Betriebsartenumschaltung in eine Betriebsart mit höherem lieferbaren
Motormoment aufgrund folgender Bedingungen: Die Betriebsartenumschaltung ist
abhängig
vom Verhältnis
der Ist- und der Zielübersetzung
und dem aktuellen Fahrerwunschmoment auf Ebene des inneren Momentes.
Als Istbzw. Zielübersetzung
des Momentes wird hier das Verhältnis des
Getriebeausgangsmoments zum Getriebeeingangsmoment verstanden. Man
setzt hierbei das innere Motormoment zur Vereinfachung gleich dem Zielfahrerwunschmoment
dividiert durch die Ziel-Momenten-Übersetzung und Addition der
Verlustmomente. Dabei ergibt sich das Zielfahrerwunschmoment auf
Radmomentbasis durch Multiplikation des aktuellen inneren Momentes
abzüglich
der Verluste mit der Ist-Übersetzung.
Damit liegt das neue innere Moment in 2 nach
dem Multiplikationskästchen vor.
Zur Ermittlung der Umschaltbedingungen wird das derart berechnete
innere Zielmoment mit dem maximalen Moment der aktuellen Betriebsart,
hier des Schichtbetriebes, verglichen, wobei zu dem Zielmotormoment
die Verluste des Motors sowie der Nebenaggregate bei Zieldrehzahl
hinzugerechnet werden.
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Ist das Maximalmoment, das bei einer
bestimmten Betriebsart erzielt werden kann, kleiner als das notwendige
Moment, um dem Fahrerwunsch zu entsprechen, so muss eine Betriebsartenumschaltung
in eine Betriebsart mit einem höheren
realisierbaren Maximalmoment vorgenommen werden. Das maximale Moment
z. B bei Schichtbetrieb kann dazu aus einem füllungs- und drehzahlabhängigen Modell ermittelt
werden, wobei die Verluste des Motors und der Nebenaggregate bei
Zieldrehzahl vereinfacht den aktuellen Verlusten gleichgesetzt werden
können.
Alternativ ist eine Ermittlung für
die Zieldrehzahl aus Modellen möglich
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3 zeigt
nun ein weiteres Blockschaltbild eines alternativ oder zusätzlich anwendbaren
Verfahrens, wobei hierbei die Umschaltstrategie vom für die erforderliche
Drehzahländerung
in der vorgegebenen Synchronisationszeit notwendigen Moment abhängt. Auch
hier wird bei Erkennen einer z. B. im Magerbetrieb oder Schichtbetrieb
nicht erfüllbaren
Momentenanforderung z. B. in einer zweiten Phase der Getriebeumschaltung
die vorhandene Betriebsart verboten und z. B. der Homogenbetrieb
gefordert. Dies geschieht, wenn der für die Drehzahländerung
in der gegebenen Zeit notwendige Drehimpuls J · Δn größer als der im Magerbetrieb
realisierbare Drehimpuls aus dem zeitlichen Integral über dem
Maximalmoment im Magerbetrieb ist.
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Die Berechnung des erforderlichen
Drehimpulses erfolgt dabei vereinfacht als Produkt aus der Drehzahländerung
zuzüglich
einer Drehzahlschwelle und dem Trägheitsmoment des Motors multipliziert mit
dem Faktor 2 Pi. Das Trägheitsmoment
ist hier mit J gekennzeichnet. Der realisierbare Drehimpuls kann als
Produkt des maximalen Moments z. B. bei Schichtbetrieb aus einem
drehzahl- und füllungsabhängigen Kennfeld
und der Synchronisationszeit modelliert werden. Das maximale Moment
bei Schichtbetrieb kann bspw. derart modelliert werden, dass der
im Schichtbetrieb realisierbare Drehimpuls auf der energetischen
Inputseite (Angular Momentum Input) und der erforderliche Drehimpuls
zur Beschleunigung des Motors zum Erreichen der notwendigen Drehzahl
auf der energetischen Output-Seite (Angular Momentum Output) herangezogen
werden.
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Dabei lässt sich aus dem Trägheitsmoment
J des Getriebes, der vorgegebenen maximalen Zeitdauer bis zur Getriebesynchronisierung
und der von der Getriebesteuerung vorgegebenen Drehzahldifferenz
ein maximaler Momentenbedarf errechnen.
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Grundsätzlich kann die Betriebsart
bereits vor der eigentlichen Schaltung durchgeführt werden. Darüber hinaus
kann bei geringer Zeitdauer des Umschaltvorganges der Betriebsart
die erste Phase des Getriebeschaltvorganges bereits begonnen werden. Eine
Phase 2 bzw. Phase 3 des Schaltvorganges werden
dann nach Abschluss der Betriebsartenumschaltung und Freigabe durch
diese begonnen. Dabei wird die Prüfung der Notwendigkeit für eine Umschaltung
nach Anforderung durch die Getriebesteuerung unter Nutzung der von
der Getriebesteuerung übermittelten
bzw. bekannten Ist- und Zielübersetzung
erfolgen. Nach erfolgter Umschaltung wird ein Freigabesignal für den ASG-Schaltvorgang an
die Getriebesteuerung gesendet und der Schaltvorgang kann durchgeführt werden.
Dass eine Betriebsartenumschaltung bereits in der ersten Phase des
Getriebeschaltvorganges erfolgt, wird insbesondere in den Hochschaltvorgängen, bei
denen in der ersten Phase des Getriebeschaltvorganges eine Drehmomentreduktion
bis auf das Verlustmoment und in der zweiten Phase eine Drehzahlreduktion
durch Aufschaltung des minimal möglichen
Momentes (Reibmoment) angestrebt wird, vorgesehen sein.
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Durch die Verwendung des Trägheitsmomentes
für die
Bestimmung der Notwendigkeit einer Betriebsartenumschaltung im Gegensatz
zur ausschließlichen
Verwendung der stationären
Verlustmomente können
die vorgegebenen Parameter für die
Betriebsartenumschaltung weiter präzisiert werden. Hierdurch können auch
die dynamischen Verluste durch Aufbau kinetischer Energie berücksichtigt werden.