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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Betrieb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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In der
EP 0 787 619 A2 ist ein Verfahren zum Betrieb
eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einer Antriebsmaschine
in Form eines Motors, einem automatisierten Zahnräderwechselgetriebe
in Form eines mechanischen Stufengetriebes und einer zwischen Antriebsmaschine
und Zahnräderwechselgetriebe
angeordneten Kupplung beschrieben. Schaltungen des Zahnräderwechselgetriebes
von einem Ursprungsgang in einen Zielgang laufen automatisiert ab
und werden mit geschlossener Kupplung ausgeführt. Um den Ursprungsgang auslegen
zu können,
muss am entsprechenden Schaltelement des Ursprungsgangs ein Null-Moment
eingestellt werden. Das an der Antriebsmaschine einzustellende Drehmoment
ist in einer Steuerungseinrichtung abgespeichert. Der abgespeicherte
Wert wird korrigiert, indem direkt nach dem Auslegen des Ursprungsgangs
die Drehzahl der Antriebsmaschine beobachtet wird. Die Grundidee
ist dabei, dass das abgegebene Drehmoment der Antriebsmaschine dann
Null ist, wenn die Drehzahl konstant ist. Steigt die Drehzahl an,
so wird der abgespeicherte Wert verringert; fällt die Drehzahl ab wird der
Wert vergrößert. Die Änderungen
der gespeicherten werte wirken sich nicht mehr auf die aktuelle
Schaltung, sondern immer nur auf darauffolgende Schaltungen aus.
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Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein
Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs
vorzuschlagen, mittels welchem komfortable Schaltungen des Zahnräderwechselgetriebes
ermöglicht
werden. Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird bei einer Schaltung des
automatisierten Zahnräderwechselgetriebes
von einem Ursprungsgang in einen Zielgang nach einem Auftrennen
des Antriebsstrangs eine Drehzahl der Antriebsmaschine auf eine
konstante Solldrehzahl eingeregelt. Der Antriebsstrang kann entweder
durch das Öffnen
einer zwischen Antriebsmaschine und Zahnräderwechselgetriebe angeordneten
Kupplung oder durch Auslegen des Ursprungsgangs aufgetrennt werden.
Bei aufgetrenntem Antriebsmaschine und konstanter Drehzahl gibt
die Antriebsmaschine kein Drehmoment ab.
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Zwischen der Antriebsmaschine und
dem Zahnräderwechselgetriebe
ist eine Kupplung angeordnet, welche als fußkraftbetätigte oder automatisierte Kupplung
ausgeführt
sein kann. Die Schaltungen des Zahnräderwechselgetriebe können bei
geschlossener oder offener Kupplung ausgeführt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere
bei Hochschaltungen des Zahnräderwechselgetriebes
einsetzbar. Bei Hochschaltungen ist die Drehzahl der Antriebsmaschine
nach der Schaltung geringer ist als vor der Schaltung. Bei Rückschaltungen
wird die Zeit nach dem Auslegen des Ursprungsgangs meist genutzt,
um die Drehzahl der Antriebsmaschine zu erhöhen.
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Bei Hochschaltungen wird die Drehzahl
der Antriebsmaschine während
der Schaltung verringert. Ein Ansteigen der Drehzahl nach dem Auslegen
des Ursprungsgangs würde
die zu überwindende
Drehzahldifferenz weiter erhöhen.
Dies hätte
eine Verlängerung
der Schaltzeit zur Folge. Außerdem
wäre der akustische Eindruck
unangenehm, wenn die Drehzahl der Antriebsmaschine zuerst ansteigt
und anschließend
wieder abfällt.
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Besonders komfortable Schaltungen
ohne störende
Beschleunigungsänderungen
oder Schwingungen lassen sich erreichen, wenn die kinetische Energie,
welche bei der Verringerung der Drehzahl der Antriebsmaschine frei
wird, in den Abtrieb des Kraftfahrzeugs eingespeist wird. Insbesondere
kann dabei ein Verfahren nach der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung
DE 10259531.3 angewendet
werden. Dies ist aber erst möglich,
wenn der Zielgang eingelegt und die Kupplung so weit geschlossen
ist, dass ein Drehmoment übertragen
werden kann. Damit ist es für
eine komfortable Schaltung wichtig, dass die Drehzahl der Antriebsmaschine nach
dem Auslegen des Zielgangs nicht abfällt.
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Durch das Konstanthalten der Drehzahl
der Antriebsmaschine ist die Synchronisation und der Abschluss der
Schaltung sehr genau vorausberechenbar. Damit lassen sich komfortable
Schaltungen durchführen.
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Ein Konstanthalten der Drehzahl kann
auch dadurch erreicht werden, dass von der Steuerungseinrichtung
ein abgegebenes Drehmoment von Null angefordert wird. Das abgegebene
Drehmoment wird aber meist aus Kostengründen nicht gemessen, sondern
aus einem gespeicherten Kennfeld in Abhängigkeit von Betriebsgrößen der
Antriebsmaschine, wie beispielsweise Drehzahl, Stellung einer Drosselklappe,
Zündwinkel
oder Einspritzmenge, berechnet. Das Drehmoment kann damit nur mit
einer Steuerung eingestellt werden. Die sogenannten Motorkennfelder sind
insbesondere bei kleinen Drehmomentwerten sehr ungenau. Erschwerend
kommt hinzu, dass in diesem Bereich kleine Änderungen der Betriebsgrößen große Änderungen
im Drehmoment hervorrufen. Damit ist eine genaue Einstellung eines
abgegebenen Drehmoments von Null nur sehr schwer möglich.
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Durch die erfindungsgemäße Regelung
der Drehzahl der Antriebsmaschine auf einen konstanten Sollwert
verändert
sich die Drehzahl nicht. Damit kann auf einfache Weise ein abgegebenes
Drehmoment der Antriebsmaschine von Null eingestellt werden. Die
genannten Vorteile eines Konstanthaltens der Drehzahl nach dem Auslegen
des Ursprungsgangs kommen damit zum Tragen.
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Durch die Regelung der Drehzahl können auch
Schwankungen im aufgenommenen Drehmoment von Nebenaggregaten, beispielsweise
des Generators oder der Klimaanlage, ausgeregelt werden. Damit bleibt
die Drehzahl auch bei einer Zu- oder Abschaltung von Nebenaggregaten
nahezu konstant.
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In Ausgestaltung der Erfindung wird
die Solldrehzahl von einer Steuerungseinrichtung des Zahnräderwechselgetriebes
vorgegeben. Damit kann die Drehzahl der Antriebsmaschine auf einen
Wert eingeregelt werden, der für
den weiteren Ablauf der Schaltung optimal ist.
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In Ausgestaltung der Erfindung entspricht
die Solldrehzahl der Drehzahl der Antriebsmaschine direkt nach dem
Auftrennen des Antriebsstrangs. Damit bleibt die Drehzahl bis zum
Beginn der Synchronisation auf die Drehzahl im Zielgang, der sogenannten
Synchrondrehzahl, konstant. Damit wird keine unnötige Energie für eine Erhöhung benötigt, noch wird
die kinetische Energie der Antriebsmaschine vergeudet. Für die akustische
Wahrnehmung ist es außerdem
sehr angenehm, wenn sich die Drehzahl der Antriebsmaschine nicht
unnötig ändert.
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In Ausgestaltung der Erfindung erfolgt
die Regelung der Drehzahl, beispielsweise mittels eines PID-Reglers,
durch die Steuerungseinrichtung des Zahnräderwechselgetriebes. Die Regelung
kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass bei einer Abweichung
der Drehzahl von der Solldrehzahl die Steuerungseinrichtung des
Zahnräderwechselgetriebes ein
Drehmoment von der Antriebsmaschine anfordert, welches die Abweichung
ver ringert. Dazu kann, um Ungenauigkeiten im Motorkennfeld auszugleichen,
in der Steuerungseinrichtung des Zahnräderwechselgetriebes ein zusätzliches
Motorkennfeld abgelegt sein, welches adaptiert werden kann. Die
Adaption kann beispielsweise mit einem Verfahren ablaufen, wie es
in der
EP 0 787 619
A2 beschrieben wird. Die beiden Motorkennfelder können voneinander
abweichen, so dass die Situation auftreten kann, dass die Steuerungseinrichtung
des Zahnräderwechselgetriebes
ein Drehmoment von der Antriebsmaschine beispielsweise über einen
CAN-Bus anfordert, welches von dem tatsächlich einzustellenden Drehmoment
abweicht.
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Damit sind für eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
in einem Antriebsstrang keine Änderungen
oder Anpassungen an der Steuerungseinrichtung der Antriebsmaschine
notwendig.
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Die Regelung kann auch von der Steuerungseinrichtung
der Antriebsmaschine ausgeführt werden.
Die Regelung ist dann vergleichbar mit bekannten Leerlauf-Drehzahl-
oder End-Drehzahl-Regelungen.
Dabei kann die Steuerungseinrichtung des Zahnräderwechselgetriebes ein Signal
an die Steuerungseinrichtung der Antriebsmaschine senden, welches
die Regelung der Drehzahl aktiviert oder deaktiviert.
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In Ausgestaltung der Erfindung wird
die Solldrehzahl mittels einer Regelung mit Vorsteuerung eingestellt.
Die Werte für
die Vorsteuerung können beispielsweise
aus dem Motorkennfeld gewonnen werden. Damit ist eine besonders
genaue Einstellung der Drehzahl möglich.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung
gehen aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor. Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 einen
Teil eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeug in einer schematischen
Darstellung,
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2a ein
Diagramm zur zeitlichen Darstellung des abgegebenen Drehmoments
der Antriebsmaschine während
einer Zug-Hochschaltung und
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2b ein
Diagramm zur zeitlichen Darstellung von Drehzahlen während einer
Zug-Hochschaltung.
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Gemäß l verfügt ein Antriebsstrang 10 eines
nicht dargestellten Kraftfahrzeugs über eine Antriebsmaschine 11,
welche von einer Steuerungseinrichtung 12 angesteuert wird.
Die Steuerungseinrichtung 12 steht dazu mit nicht dargestellten
Sensoren, beispielsweise Drehzahlsensoren, und Stellgliedern, beispielsweise
einem Drosselklappensteller, der Antriebsmaschine 11 in
Signalverbindung. Damit kann die Steuerungseinrichtung 12 sowohl
Sollwerte für
die Stellglieder vorgeben, als auch Betriebsgrößen der Antriebsmaschine 11 erfassen.
Aus den erfassten Betriebsgrößen ermittelt
die Steuerungseinrichtung 12 zusätzlich weitere Größen, wie
beispielsweise das abgegebene Drehmoment der Antriebsmaschine 11.
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Die Steuerungseinrichtung 12 steht
außerdem
mit einem Leistungsstellorgan 13 in Signalverbindung, mittels
welchem ein Fahrzeugführer
Vorgaben für
die Stellung einer Drosselklappe oder einem abgegebenen Drehmoment
der Antriebsmaschine 11 machen kann.
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Die Antriebsmaschine 11 ist
mittels einer automatisierten Kupplung 14 mit einem automatisierten Zahnräderwechselgetriebe 15 verbunden.
Mittels der Kupplung 14 kann ein Kraftfluss zwischen der
Antriebsmaschine 11 und dem Zahnräderwechselgetriebe 15 hergestellt
und getrennt werden. Die Kupplung 14 wird von einem Stellglied 16 betätigt, welches von
einer Steuerungseinrichtung 17 angesteuert wird. Das Stellglied
ist beispielsweise als ein Elektromotor ausgeführt. Gleichzeitig erfasst die
Steuerungseinrichtung 17 mittels nicht dargestellter Sensoren
die Position der Kupplung 14. Die Steuerungseinrichtung 17 steht
außerdem
mit einem Schalthebel 18 in Signalverbindung, mittels welchem
der Fahrzeugführer
Schaltungen im Zahnräderwechselgetriebe 15 auslösen kann.
Alternativ dazu können
Schaltungen auch von der Steuerungseinrichtung 17 in Abhängigkeit
von an sich bekannten Schaltkennfeldern ausgelöst werden.
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Das Zahnräderwechselgetriebe 15 wird ebenfalls
von der Steuerungseinrichtung 17 angesteuert. Dazu steht
die Steuerungseinrichtung 17 mit nicht dargestellten Sensoren
und Stellgliedern des Zahnräderwechselgetriebes 15 in
Signalverbindung. Das Zahnräderwechselgetriebe 19 verfügt über eine Getriebeeingangswelle 19,
welche mit der Kupplung 14 verbunden ist, eine Vorgelegewelle 20 und
eine Getriebeausgangswelle 21, welche über ein nicht dargestelltes
Achsgetriebe mit nicht dargestellten angetriebenen Rädern des
Kraftfahrzeugs verbunden ist. Die Getriebeeingangswelle 19 ist
mittels einer Konstanten 22 mit der Vorgelegewelle 20 verbunden. Auf
der Vorgelegewelle 20 sind drehfest zwei Festräder 23, 24 für den 1.
und 2. Gang des Zahnräderwechselgetriebes 15 angeordnet.
Die Festräder 23, 24 kämmen mit
zugehörigen
Losrädern 25, 26,
welche verdrehbar auf der Getriebeausgangswelle 21 angeordnet
sind. Mittels einer auf der Getriebeausgangswelle 21 verdrehsicher
und axial beweglich angeordneten Schiebemuffe 27 kann eines
der beiden Losräder 25, 26 verdrehsicher
mit der Getriebeausgangswelle verbunden werden. Die Schiebmuffe 27 weist
außerdem
nicht dargestellte Synchronisierungselemente, beispielsweise Synchronringe
auf, welche bei einem Einlegen eines Gangs eine Drehzahlanpassung
ermöglichen.
Die Schiebemuffe 27 kann von einem Stellglied 28,
welches beispielsweise als ein Elektromotor ausgeführt ist,
axial entlang der Getriebeausgangswelle 21 verschoben werden Im
1. Gang ist das Losrad 25 mittels der Schiebemuffe 27 mit
der Getriebeausgangswelle 21 verbunden. Bei einer Schaltung
vom 1. in den 2. Gang wird als erstes das abgegebene Drehmoment
der Antriebsmaschine 11 verringert und die Kupplung 14 geöffnet. Anschließend wird
die Schiebemuffe 27 in die dargestellte Neutralposition
gebracht und anschließend durch
weitere axiale Verschiebung zuerst die Drehzahl der Vorgelegewelle 20 und
der Getriebeeingangswelle 19 auf die Drehzahl des 2. Gangs,
die Synchrondrehzahl, gebracht und dann das Losrad 26 mit
der Getriebeausgangswelle 21 verdrehsicher verbunden. Damit
ist der 2. Gang im Zahnräderwechselgetriebe 15 eingelegt.
Im letzten Abschnitt der Schaltung wird die Drehzahl der Antriebsmaschine 11 an die
Drehzahl der Getriebeeingangswelle 19 angepasst, die Kupplung
geschlossen und das angegebene Drehmoment der Antriebsmaschine 11 wieder
erhöht.
Während
der gesamten Schaltung kann der Fahrzeugführer über das Leistungsstellorgan 13 keinen
Einfluss auf die Antriebsmaschine 11 nehmen.
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In den 2a und 2b ist der zeitliche Verlauf von
Drehzahlen und Drehmomenten bei einer Zug-Hochschaltung des Zahnräderwechselgetriebes 15 aus 1 von einem Ursprungs- in
einen Zielgang dargestellt. Anhand der Verläufe wird der Ablauf der Schaltung
erläutert.
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In der 2a ist
auf einer Abszisse 30a die Zeit, auf einer Ordinate 31a ein
Drehmoment aufgetragen. In der 2b sind
auf einer Abszisse 30b die Zeit und auf einer Ordinate 31b Drehzahlen
aufgetragen.
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In der 2a ist
das abgegebene Drehmoment der Antriebsmaschine 11 (Linie 32)
dargestellt. In der 2b ist
die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 19 (durchgezogene
Linie 34) und die Drehzahl der Antriebsmaschine 11 (gestrichelte
Linie 35) aufgetragen.
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Alle Größen sind idealisiert dargestellt.
Bei der Darstellung wird unterstellt, dass die Größen ideal
ihren jeweiligen Sollverläufen
folgen.
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In einem Abschnitt a ist der Ursprungsgang eingelegt.
Die Antriebsmaschine 11 gibt ein konstantes Drehmoment
ab und die Kupplung 14 ist vollständig geschlossen. Da die Kupplung 14 geschlossen
ist und das Kraftfahrzeug beschleunigt, sind die Drehzahlen der
Antriebsmaschine 14 und der Getriebeeingangswelle 19 gleich
groß und
steigen an.
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Beim Übergang zum Abschnitt b wird
eine Zug-Hochschaltung ausgelöst.
Die Kupplung 14 wird geöffnet
und damit der Antriebsstrang 10 aufgetrennt. Gleichzeitig
wird die Drehzahl der Antriebsmaschine 11 auf einen konstanten
Sollwert eingeregelt. Der Sollwert entspricht der Drehzahl der Antriebsmaschine
11 beim Übergang
von Abschnitt a nach Abschnitt b, also der Drehzahl direkt nach
dem Auftrennen des Antriebsstrangs 10. Die Drehzahl wird
konstant gehalten, indem die gemessene Ist-Drehzahl mit dem Sollwert
verglichen wird und in Abhängigkeit
der Differenz Stellglieder der Antriebsmaschine 11 von
der Steuerungseinrichtung 12 so angesteuert werden, dass
die Differenz zu Null wird.
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Aufgrund des Konstanthaltens der
Drehzahl bei aufgetrenntem Antriebsstrang 10 sinkt das
abgegebene Drehmoment der Antriebsmaschine 11 auf Null
ab. Da kein Drehmoment mehr am Getriebeausgang und damit an den
Fahrzeugrädern
anliegt, wird das Kraftfahrzeug nicht mehr weiter beschleunigt. Die
Drehzahlen der Antriebsmaschine 14 und der Getriebeeingangswelle 19 sind
immer noch gleich groß,
steigen aber nicht mehr an. In diesem Abschnitt wird der Ursprungsgang
ausgelegt und die Schiebemuffe in Richtung des Zielgangs verschoben.
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Beim Übergang zum Abschnitt c beginnt
die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 19 durch die Wirkung
der Synchronisierungselemente zu sinken. Die Drehzahl der Antriebsmaschine 11 wird
weiterhin auf den konstanten Sollwert eingeregelt. Am Ende des Abschnitts
c erreicht die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 19 die
Synchrondrehzahl des Zielgangs und der Zielgang wird eingelegt.
Das abgegebene Drehmoment der Antriebsmaschine 11 verändert sich
gegenüber
dem Abschnitt b nicht.
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Im folgenden Abschnitt d wird die
Antriebsmaschine 11 auf die Synchrondrehzahl im Zielgang synchronisiert
und das abgegebene Drehmoment der Antriebsmaschine 11 erhöht. Damit
endet die Regelung der Drehzahl der Antriebsmaschine 11 auf
einen konstanten Sollwert beim Übergang
von Abschnitt c zum Abschnitt d.
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Am Ende des Abschnitts d ist der
Schlupf an der Kupplung auf Null abgesunken, die Kupplung haftet
vollständig.
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Im Abschnitt e wird kann der Fahrzeugführer wieder
mittels des Leistungsstellorgans 13 die Antriebsmaschine 11 beeinflussen.
Die Schaltung ist abgeschlossen. Der gesamte Schaltungsablauf hat dabei
eine ungefähre
Dauer von 50 bis 300 ms.