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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.). 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 Verlaufe 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. Getriebeeingangsmoment 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 Magenbetrieb realisierbare Drehimpuls aus dem zeitlichen Integral über dem Maximalmoment im Magenbetrieb, 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 Ist- bzw. 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.
