DE10351656A1 - Kraftfahrzeug mit Kraftmaschine und Beschleunigungspedal - Google Patents

Abstract

Ein Kraftfahrzeug weist eine Kraftmaschine und ein Beschleunigungspedal auf, das zwischen einer neutralen Ausgangsstellung und einer Maximalstellung auslenkbar ist. Über eine Rückstelleinrichtung wird das Beschleunigungspedal mit einem in die Ausgangsstellung wirkenden Rückstellmoment beaufschlagt, wobei das Rückstellmoment im Auslenkungsbereich zwischen Ausgangsstellung und Maximalstellung eine Mehrzahl unterschiedlich hoher Momentenplateaus einnehmen kann.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug mit Kraftmaschine und Beschleunigungspedal nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
• Beschleunigungspedale in Kraftfahrzeugen werden üblicherweise mit einem Rückstellmoment beaufschlagt, welches der Auslenkung des Beschleunigungspedals aus der neutralen Ausgangsstellung in Richtung maximaler Betätigungsstellung entgegengerichtet ist, so dass das Beschleunigungspedal selbsttätig in seine Ausgangsstellung zurückkehrt, sobald der Fahrer den Fuß vom Pedal nimmt. Außerdem ist es bekannt ( DE-OS 24 54 061 ), das Rückstellmoment progressiv mit der Auslenkung des Beschleunigungspedales ansteigen zu lassen, so dass der Fahrer mit zunehmender Auslenkung des Pedals einen überproportional hohen Widerstand spürt. Hierdurch soll die Zahl überflüssiger Amplituden bei der Betätigung des Beschleunigungspedals und damit einhergehend die Zahl der Beschleunigungsvorgänge reduziert und der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden. Der Anstieg des Rückstellmoments erfolgt in Abhängigkeit der Pedalauslenkung gemäß einer kontinuierlich ansteigenden Funktion, die aus linearen Einzelfunktionen mit zunehmender Steigung zusammengesetzt ist, oder alternativ gemäß einer exponentiell ansteigenden Funktion.
• Darüber hinaus sind der DE-OS 24 54 061 keine weiteren Betriebsweisen zu entnehmen.
• Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, mit einfachen Maßnahmen ein Kraftfahrzeug so auszubilden, dass eine verbrauchsoptimierende Fahrweise unterstützt wird.
• Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
• Erfindungsgemäß nimmt das auf das Beschleunigungspedal wirkende Rückstellmoment, welches von einer Rückstelleinrichtung erzeugt wird, im Verlauf der Auslenkung des Beschleunigungspedals im Bereich zwischen neutraler Ausgangsstellung und Maximalstellung eine Mehrzahl unterschiedlich hoher Momentenplateaus ein, wobei jedem Momentenplateau ein Fahrzustand des Kraftfahrzeugs mit definierter Kraftstoff- und Luftzufuhr in die Brennkraftmaschine zugeordnet ist. Über die Zuordnung unterschiedlicher Fahr- oder Motorbetriebszustände zu den unterschiedlichen Momentenplateaus wird dem Fahrer bei Betätigung des Beschleunigungspedals ein Eindruck vermittelt, welcher es ihm ermöglicht, intuitiv diejenige Gaspedalstellung mit entsprechend zugeordnetem Momentenplateau zu wählen, die der aktuell gewünschten Fahrweise am besten entspricht. Bei den definierten Motorbetriebsweisen handelt es sich insbesondere um eine Verzögerung, um eine Konstantfahrt sowie um eine Beschleunigung, wobei prinzipiell jede Motorbetriebsweise von weiteren Parametern, Zustandsgrößen und Umgebungsbedingungen abhängen kann, insbesondere von der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Straßenneigung, dem Straßenverlauf etc. Beispielsweise ist es möglich, in der Pedalstellung mit einem einer Konstantfahrt entsprechenden Momentenplateau eine konstante Fahrzeuggeschwindigkeit einzuhalten, unabhängig von der Stra ßenneigung. Zu diesem Zweck können die den diversen Momentenplateaus zugeordneten Fahrzustände mit Regeleinrichtungen im Kraftfahrzeug funktionsgekoppelt sein, insbesondere mit einer Geschwindigkeitsregelanlage.
• Grundsätzlich kann jeder der Betriebszustände Verzögerung, Konstantfahrt und Beschleunigung jeweils in weitere Momentenplateaus unterteilt sein, wodurch die Möglichkeit eröffnet wird, die diversen Fahrzustände nach unterschiedlichen Kriterien zu optimieren. So kann sowohl im Verzögerungszustand, bei Konstantfahrt als auch bei der Fahrzeugbeschleunigung jeweils eine verbrauchsoptimierte Betriebsweise im Vordergrund stehen. Dies wird im Falle einer Verzögerung beispielsweise durch eine Schubabschaltung oder durch einen minimierten innermotorischen Widerstand erreicht, indem zum Beispiel Dekompressionsventile bzw. Auslassventile am Motor in Öffnungsstellung versetzt werden. Bei Konstantfahrt kann eine Geschwindigkeitsregelung eingesetzt werden, wobei sowohl eine konstante Fahrzeuggeschwindigkeit als auch ein so genannter Wellenflug möglich sind, bei dem die Geschwindigkeit um eine Sollgeschwindigkeit zur besseren Ausnutzung des optimalen Arbeitspunktes oszilliert. Bei der Beschleunigung können verbrauchsoptimale Motorkennlinien aktiviert werden. Als weiteres Kriterium für ein einer Beschleunigung entsprechendes Momentenplateau kann eine Maximalbeschleunigung durchgeführt werden.
• Die Momentenplateaus verlaufen zweckmäßig horizontal über dem Pedalwinkel, mit welchem das Beschleunigungspedal ausgelenkt wird. Dies bedeutet, dass innerhalb eines Momentenplateaus das Rückstellmoment auch bei zunehmendem Pedalwinkel konstant bleibt. Es kann aber auch vorteilhaft sein, eine geringe Steigung innerhalb eines Momentenplateaus zuzulassen, wobei im Übergang von einem Momentenplateau auf ein benachbartes Momentenplateau ein Momentensprung erfolgt.
• In den Übergangsbereichen zwischen benachbarten Momentenplateaus können sowohl das Rückstellmoment als auch die jedem Plateau zugeordneten Kennlinien interpoliert werden. Auf diese Weise ist ein quasi-stetiger Übergang gewährleistet.
• Eine Anwendung kommt sowohl bei Kraftfahrzeugen mit Handschaltgetriebe als auch bei Kraftfahrzeugen mit Automatikgetriebe, insbesondere CVT-Getriebe, in Betracht, wobei letzteren zur Erzielung eines Kick-down-Effektes ein zusätzliches Momentenplateau im Beschleunigungspedal zugeordnet ist.
• Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung eines Beschleunigungspedals mit unterschiedlichen, die Auslenkung aus der Ausgangsstellung kennzeichnenden Pedalwinkeln,
• 2 ein Schaubild mit dem Verlauf des das Beschleunigungspedal in seine Ausgangsstellung beaufschlagenden Rückstellmoments als Funktion des Pedalwinkels.
• Das in 1 schematisch dargestellte und mit 1 bezeichnete Beschleunigungspedal ist zwischen einer neutralen Ausgangsstellung und einer Maximalstellung zu verstellen, wobei der Ausgangsstellung der Pedalwinkel γ₀, den diversen Zwischenstellungen der Pedalwinkel γ₁ bzw. γ_n und der Maximalstellung der Winkel γ_max zugeordnet ist. In 2 sind die diversen Pedalwinkel γ auf der Abszisse abgebildet, wohingegen die Or dinate das Rückstellmoment M_BP darstellt, welches von einer auf das Beschleunigungspedal wirkenden Rückstelleinrichtung erzeugt wird und das Beschleunigungspedal in Richtung seiner Ausgangsstellung beaufschlagt.
• Dargestellt sind insgesamt vier verschiedene, ansteigende Momentenplateaus für das Rückstellmoment M_BP, die mit M₀, M₁, M₂ und M₃ bezeichnet sind. Diese Momentenplateaus erstrecken sich zwischen Winkelbereichen von γ₀ bis γ₁, von γ₂ bis γ₃, von γ₄ bis γ₅ und von γ₆ bis annähernd der maximal ausgelenkten Pedalstellung γ_max, bei der das maximale Rückstellmoment M_max erreicht wird. Im Übergangsbereich zwischen benachbarten Momentenplateaus steigt das Rückstellmoment M_BP linear an. Derartige Übergänge finden sich zwischen den Pedalwinkeln γ₁ und γ₂ sowie zwischen γ₃ und γ₄ und zwischen γ₅ und γ₆.
• Jedem Momentenplateau sowie jedem Übergang zwischen zwei benachbarten Momentenplateaus kann ein Motorbetriebszustand bzw. ein Fahrzustand zugeordnet werden. Im ersten, mit a bezeichneten Winkelbereich zwischen γ₀ und γ₁ befindet sich das Fahrzeug im verbrauchsarmen Verzögerungszustand, der beispielsweise durch eine Schubabschaltung oder durch freies Rollen erzeugt wird, bei dem innermotorische Widerstände beispielsweise durch Öffnen von Auslassventilen reduziert sind. Dem ersten Bereich a ist das niedrigste Momentenplateau M₀ zugeordnet.
• Im Übergangsbereich b von γ₁ bis γ₂ zwischen den Momentenplateaus M₀ und M₁, kann eine dosierte Verzögerung umgesetzt werden, welche einem Fahrzustand zwischen verbrauchsarmer Verzögerung und einer Konstantfahrt entspricht.
• Der Abschnitt c, welcher dem Momentenplateau M₁ zugeordnet ist und der sich zwischen γ₂ und γ₃ erstreckt, entspricht ei ner verbrauchsoptimierten Konstantfahrt, die beispielsweise mithilfe einer Geschwindigkeitsregelung umgesetzt wird. Denkbar sind sowohl die Einhaltung einer konstanten Sollgeschwindigkeit als auch ein Wellenflug mit einer Geschwindigkeitsoszillation um die Sollgeschwindigkeit.
• Der folgende Übergangsbereich d von γ₃ bis γ₄ zwischen den Momentenplateaus M₁ und M₂ entspricht einer dosierten Beschleunigung als Zwischenzustand zwischen Konstantfahrt und verbrauchsoptimierter Beschleunigung. Die verbrauchsoptimierte Beschleunigung wird im darauf folgenden Momentenplateau M₂ erreicht, welches sich im Abschnitt e zwischen γ₄ und γ₅ erstreckt. Die verbrauchsoptimierte Beschleunigung kann durch Hinterlegung optimierter Arbeitspunkte über den Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine und einer geregelten Beschleunigung realisiert werden.
• Der folgende Übergangsbereich f von γ₅ bis γ₆ zwischen den Momentenplateaus M₂ und M₃ entspricht wieder einer dosierten Beschleunigung als Zwischenzustand zwischen verbrauchsoptimierter Beschleunigung und Maximalbeschleunigung.
• Das Momentenplateau M₃ ist dem Abschnitt g zwischen den Pedalwinkeln γ₆ und γ_max zugeordnet. Bei diesem Momentenplateau wird die maximale Beschleunigung im Fahrzeug erreicht.
• Bei Fahrzeugen mit Automatikgetriebe, vorzugsweise einem Getriebe mit kontinuierlich einstellbarer Übersetzung (CVT), wird bei Erreichen des maximalen Pedalwinkels γ_max ein Kickdown-Effekt eingestellt, dem im Schaubild nach 2 ein maximales Rückstellmoment M_max zugeordnet ist.
• Eine weitere Auslegungsmöglichkeit der in 2 dargestellten Rückstell-Momentenkennlinie als Funktion des Pedalwinkels eines Beschleunigungspedals besteht darin, die Winkel γ₁, γ₂ und γ₃, γ₄ und γ₅, γ₆ jeweils sehr dicht aneinander anzunähern oder gleich groß als γ₁₂ gleich γ₁ gleich γ₂ und γ₃₄ gleich γ₃ gleich γ₄ sowie γ₅₆ gleich γ₅ gleich γ₆ zu wählen.
• Die Übergangsbereiche b, d, f werden also sehr klein oder jeweils auf einen Winkel γ₁₂, γ₃₄ bzw. γ₅₆ reduziert. Das Rückstellmoment M_BP steigt dann in den Übergangsbereichen b, d, f mit zunehmendem Pedalwinkel γ entsprechend stark linear oder unendlich an.
• Die Winkel γ₁, γ₃, γ₅ bzw. γ₁₂, γ₃₄, γ₅₆ sind bei dieser Auslegung aufgrund der starken Steigungsänderung, also Unstetigkeit der Rückstell-Momentenkennlinie, von dem Fahrer gut wahrnehmbar.
• Das Beschleunigungspedal kann also von dem Fahrer leicht in die Winkelstellungen γ₁, γ₃, γ₅ bzw. γ₁₂, γ₃₄, γ₅₆ gebracht und in diesen auch gehalten werden. Alle anderen Winkel zwischen γ₀ und γ_max können von dem Fahrer frei und kontinuierlich gewählt werden. Hierzu sind mit zunehmendem Winkel γ jeweils lediglich die den Winkeln γ₁₂, γ₃₄, γ₅₆ entsprechenden Unstetigkeitsstellen (Bereiche b, d, f) durch leichtes Erhöhen der auf das Pedal ausgeübten Kraft zu überwinden.
• Eine besonders komfortable Auslegung der Rückstell-Momentenkennlinie ergibt sich dann, wenn die den Winkeln γ₁₂, γ₃₄, γ₅₆ entsprechenden Unstetigkeitsstellen gerade noch spürbar sind, also der jeweilige Momentensprung minimal ist.
• Bei dieser Auslegung kann im Winkelbereich γ₀ bis γ₁ (Abschnitt a) eine dosierte Verzögerung, in der Winkelstellung γ₁₂ (Übergangsbereich b), eine geregelte Konstantfahrt, im Wahlbereich γ₂ bis γ₃ eine dosierte, verbrauchsoptimierte Beschleunigung mit entsprechender Motorkennlinie und Schalt punkten für ein gegebenenfalls eingesetztes Automatikgetriebe, in der Winkelstellung γ₃₄ (Übergangsbereich d) eine maximale, verbrauchsoptimierte Beschleunigung, im Winkelbereich γ₄ bis γ₅ eine dosierte, leistungsmaximierte Beschleunigung, in der Winkelstellung γ₅₆ eine maximale Beschleunigung und im Winkelbereich γ₆ bis γ_max gegebenenfalls eine Kick-down-Funktion realisiert werden.
• Dabei werden für die Bereiche a, c, e und g jeweils entsprechende Motorparameter, beispielsweise Kennlinien, Schubabschaltung etc. eingestellt. Bei der Verwendung eines Automatikgetriebes werden bevorzugt nur oder vorzugsweise zusätzlich die Schaltpunkte bzw. die Getriebekennlinie (im Falle eines CVT-Getriebes) entsprechend gewählt.
• Schließlich ist es denkbar, in den Bereichen a, c, e und/oder g die Momentenplateaus M₀, M₁, M₂, M₃ als beliebige stetige Momentenverläufe auszulegen, die in den Bereichen b, d, f unstetig so ineinander übergehen, dass diese Unstetigkeiten beim Betätigen des Beschleunigungspedals leicht fühlbar und daher ansteuerbar sind.

Claims (8)

1. Kraftfahrzeug mit Kraftmaschine und Beschleunigungspedal, das zwischen einer neutralen Ausgangsstellung (γ₀) und einer Maximalstellung (γ_max) auslenkbar ist, mit einer Rückstelleinrichtung, die das Beschleunigungspedal (1) mit einem in die Ausgangsstellung wirkenden Rückstellmoment (M_BP) beaufschlagt, wobei das Rückstellmoment (M_BP) mit zunehmender Auslenkung (γ) des Beschleunigungspedals (1) progressiv ansteigt, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auslenkung des Beschleunigungspedals im Bereich zwischen Ausgangsstellung (γ₀) und Maximalstellung (γ_max) das Rückstellmoment (M_BP) eine Mehrzahl unterschiedlich hoher Momentenplateaus (M₀, M₁, M₂, M₃) einnimmt und dass jedem Momentenplateau (M₀, M₁, M₂, M₃) ein Fahrzustand des Kraftfahrzeugs mit definierter Kraftstoff- und Luftzufuhr in die Brennkraftmaschine zugeordnet ist.
2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest drei unterschiedliche Momentenplateaus (M₀, M₁, M₂, M₃) vorgesehen sind, denen die Fahrzustände Verzögerung, Konstantfahrt und Beschleunigung zugeordnet sind.
3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem einer Verzögerung entsprechenden Momentenplateau (M₀) die Kraftstoffzufuhr abschaltbar ist.
4. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem einer Konstantfahrt entsprechenden Momentenplateau (M₁) bei Verwendung einer Geschwindigkeitsregelanlage eine Geschwindigkeitsregelung zur Einstellung einer Sollgeschwindigkeit durchführbar ist.
5. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem einer Beschleunigung entsprechenden Momentenplateau (M₂) verbrauchsoptimale Motorkennlinien zum Einsatz kommen.
6. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass einem einer Beschleunigung entsprechenden Momentenplateau (M₃) eine Maximalbeschleunigung zugeordnet ist.
7. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem einer Beschleunigung entsprechenden Momentenplateau (M_max) im Falle der Verwendung eines Automatgetriebes ein Kick-down-Effekt durchführbar ist.
8. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Übergangsbereich zwischen benachbarten Momentenplateaus die jeweils zugeordneten Motorkennlinien interpoliert werden.