-
Die
Erfindung betrifft ein Steuer- und/oder Regelsystem zur Ansteuerung
von Einzelkomponenten in Antriebssträngen von Fahrzeugen, im einzelnen
mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1; ferner ein
Verfahren zur Steuerung der Leistungsübertragung in Antriebssträngen für Fahrzeuge.
-
Antriebsstränge für Fahrzeuge
umfassen in der Regel eine Antriebsmaschine, vorzugsweise in Form
einer Verbrennungskraftmaschine und eine Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung,
insbesondere in Form einer Getriebebaueinheit, die mit der Antriebsmaschine
wenigstens mittelbar, d.h. direkt oder über weitere Übertragungselemente
gekoppelt ist und deren Ausgang ferner wenigstens mittelbar, d.h.
direkt oder indirekt über
weitere Übertragungseinheiten
mit den anzutreibenden Rädern
verbunden ist. Die Getriebebaueinheiten können dabei in unterschiedlichster
Form ausgeführt
sein. Zunehmend finden automatisierte Schaltgetriebe und Automatgetriebe
Anwendung. Diese umfassen in der Regel eine mit dem Eingang der
Getriebebaueinheit gekoppelte Leistungsübertragungseinheit, umfassend eine
hydrodynamische Kupplung und eine schaltbare Kupplung, die parallel
zueinander, d.h. in zwei Leistungszweigen, angeordnet sind und zumindest
getrennt, vorzugsweise jedoch zusätzlich auch gemeinsam schaltbar
sind. Dies bedeutet, dass die Leistungsübertragung über die Leistungsübertragungseinheit
entweder allein über
eine der Komponenten – hydrodynamische
Kupplung oder schaftbare Kupplung, welche in diesem Fall als Überbrückungskupplung
für die
hydrodynamische Kupplung fungiert, – oder aber über beide
gemeinsam erfolgt. Die hydrodynamische Kupplung umfasst dabei ein
Primärschaufelrad
in Form eines Pumpenrades und ein Sekundärschaufelrad in Form eines
Turbinenrades. Das Pumpenschaufelrad ist mit dem Eingang der Leistungsübertragungseinheit,
während
das Turbinenschaufelrad mit dem Ausgang der Leistungsübertragungseinheit,
welche vorzugsweise jedoch über
weitere Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtungen
in Form von Schaftstufen mit dem Ausgang der Getriebebaueinheit
verbunden ist, gekoppelt ist. Dies gilt in Analogie auch für die schaltbare
Kupplung, welche die Funktion einer Überbrückungskupplung für die hydrodynamische
Kupplung übernimmt,
d.h. deren Eingang neben der Verbindung mit der Getriebeeingangswelle
auch mit dem Pumpenrad drehfest gekoppelt ist und deren Ausgang
mit der Kopplung des Turbinenrades mit der nachgeordneten Schaltstufe
fest verbunden ist. Die schaltbare Kupplung ist dabei vorzugsweise
als Reibkupplung in Lamellenbauweise aufgebaut. Zur Umsetzung eines
Fahrerwunsches nach Einstellung oder Änderung eines Fahrzustandes
zur optimalen Ausnutzung des Betriebsbereiches der Antriebsmaschine
ist dem Antriebsstrang eine zentrale Steuer- und/oder Regelvorrichtung
zugeordnet, die auch als zentrale Fahrregelung bezeichnet wird.
Diese umfasst eine Steuervorrichtung, die auch als Kupplungssteuerung
bezeichnet wird und eine automatische Gangermittlung. Vorzugsweise
wird die Funktion der Kupplungssteuerung von der Fahrregelung mit übernommen,
d.h., es werden die gleichen Elemente der Steuervorrichtung, insbesondere
die als Steuergerät
vorliegende Steuereinrichtung gemeinsam genutzt. Über die
Kupplungssteuerung erfolgt dabei die Ansteuerung der Stelleinrichtungen.
Für Getriebebaueinheiten
mit der beschriebenen Leistungsübertragungseinheit
wird die Stelleinrichtung von einer sogenannten Kupplungsbetätigungseinrichtung
gebildet, die dieser bereits zugeordnet ist und in der Regel von
einer Einrichtung zur Aufbringung des erforderlichen Anpressdruckes
für die
einzelnen Elemente der schaltbaren Kupplung gebildet wird. Dabei
wird bei Vorgabe eines Fahrerwunsches nach Änderung oder Einstellung eines
Fahrzustandes in der Fahrregelung in Abhängigkeit der vorliegenden fahrdynamischen
Istgrößen und
eventuell vorgegebener Schaltprogramme quasi ein Sollwert für die an
den Rädern
bereitzustellende erforderliche Leistung, insbesondere das erforderliche
Abtriebsmoment gebildet, aus welchem die Fahrregelung oder die Kupplungssteuerung
bzw. bei vollständiger
Funktionsintegration der Kupplungssteuerung in die Fahrregelung
diese einen Sollwert für
das über
die entsprechende Kupplung zu übertragende Moment
bildet. In der Kupplungssteuerung bzw. bei Funktionsintegration
in der Fahrregelung wird für
diesen Sollwert eine Stellgröße für die Kupplungsbetätigung,
d.h. die Stelleinrichtungen ermittelt – berechnet oder zugeordnet. Über diese
erfolgt dann die Umsetzung an der Kupplung selbst. Ferner wird in
der Regel gleichzeitig oder zeitlich versetzt von der zentralen
Fahrreglung mindestens ein Sollwert als Führungsgröße für die Antriebsmaschine gebildet,
der unter Berücksichtigung
der Drehzahl- /Drehmomentwandlung
in der Getriebebaueinheit und der weiteren Übertragungselemente im Antriebsstrang
den an den Rädern
gewünschten
einzustellenden Gegebenheiten entspricht. Dabei wird entweder von
der Fahrregelung eine Stellgröße zur Ansteuerung
der einer Antriebsmaschine zugeordneten Stelleinrichtung vorgegeben,
die zur Einstellung der erforderlichen abzugebenden Leistung und/oder
des erforderlichen Momentes an der Antriebsmaschine dient oder aber
nur ein Sollwert für
die Führungsgröße an der
Antriebsmaschine, welche einer der Antriebsmaschine zugeordneten
Steuervorrichtung, insbesondere Motorsteuerung zugeführt wird.
Wesentliche Nachteile dieser bekannten Lösung bestehen dabei darin,
dass zum einen für
unterschiedliche Getriebebaueinheiten, insbesondere unterschiedlich
ausgelegte und dimensionierte Leistungsübertragungseinheiten, die diese
betreffenden Informationen, beispielsweise die zur Einstellung der
zu übertragenden
Momente erforderlichen Stellgrößen in die
zentrale Fahrreglung bzw. die in diese integrierte Kupplungssteuerung
separat eingelesen und entweder fortlaufend oder aber in zeitlichen
Intervallen aktualisiert werden müssen. Ferner bedeutet dies,
dass die gesamte Software für die
zentrale Fahrreglung sehr stark einzelkomponentenabhängig ist.
Selbst geringfügige
Typänderungen erfordern
dann eine entsprechende Aktualisierung in der zentralen Fahrregelung,
die immer mit einem erhöhten
Aufwand verbunden ist. Ferner ist es damit nicht möglich, bezüglich der
Programmierung bereits vollständig
abgeschlossene Regelungskonzepte anzubieten, da diese immer hinsichtlich
der Möglichkeiten
der Sollwertbildung für
die einzelnen Komponenten von den Angaben über diese abhängig sind.
-
Die
im wesentlichen gleichzeitige oder vorrangige Ansteuerung der Antriebsmaschine
bei gewünschter Änderung
oder Einstellung eines bestimmten gewünschten Fahrzustandes hat ferner den
Nachteil, dass aufgrund der Trägheit
des Systems bei der Einstellung des über die Leistungsübertragungseinheit
zu übertragenden
Momentes zeitweise unerwünschte
Zustände
im Fahrverhalten zu beobachten sind, die durch eine Abweichung vom gewünschten
Sollzustand charakterisiert sind. Ferner bedeutet die Ansteuerung über die
zentrale Fahrregelung, dass diese für jedes Fahrzeug individuell
angepasst werden muss. Insbesondere beim Einsatz unterschiedlicher
Getriebetypen in Fahrzeugen ist es erforderlich, für jeden
einzelnen Getriebetyp die entsprechenden Daten zur Ansteuerung in
der Fahrregelung zu integrieren beziehungsweise einzulesen. Der
Programmieraufwand ist damit sehr hoch. Es ist somit auch nicht
möglich,
eine standardisierte Fahrregelung für eine Vielzahl unterschiedlicher
Fahrzeugtypen bereitzustellen. Eine weitere Problematik besteht
darin, dass die Bereiche hydrodynamisch mechanischer Leistungsübertragung
und rein mechanischer Leistungsübertragung
immer klar getrennt voneinander sind. Zwar ist eine zeitliche Überschneidung
bei Umschaltung auf die Überbrückungskupplung
gegeben, jedoch erfolgt diese bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt
bezogen auf den zu überstreichenden
Betriebsbereich der Antriebsmaschine, so dass die Vorteile der hydrodynamischen
Leistungsübertragung
nur in einem sehr kleinen Bereich des Gesamtarbeitsbereiches der
Antriebsmaschine genutzt werden können und Drehzahlschwankungen bei
Zuschaltung der Überbrückungskupplung
immer voll mit übertragen
werden.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Steuerungssystem
der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass zum einen eine
aufwendige individuelle Anpassung an einzelne Fahrzeugtypen, insbesondere
an Antriebsstränge
mit lediglich unterschiedlichen Getriebetypen vermieden werden kann,
wobei zur Realisierung der Funktion der Ansteuerung der Getriebebaueinheit
und der Antriebsmaschine der steuerungstechnische Aufwand möglichst
gering gehalten wird. Ferner ein Verfahren zur Steuerung der Leistungsübertragung
in einem Antriebstrang zu entwickeln, bei welchem die nachteiligen
Auswirkungen aufgrund der Trägheit
des Systems auf das Fahrverhalten vermieden werden und sich durch
eine positive Wirkungsgradbilanz auszeichnet. Der konstruktive und
steuerungstechnische Aufwand ist dabei gering zu halten.
-
Die
erfindungsgemäße Lösung ist
durch die Merkmale der Ansprüche
1 und 11 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils
in den Unteransprüchen
beschrieben.
-
Das
erfindungsgemäß gestaltete
Steuer- und/oder Regelsystem dient zur Ansteuerung von Einzelkomponenten
in Antriebssträngen
für Fahrzeuge,
umfassend eine Antriebsmaschine, insbesondere in Form einer Verbrennungskraftmaschine
und eine mit dieser gekoppelten Getriebebaueinheit mit mindestens
einer zwischen deren Eingang und Ausgang angeordneten Leistungsübertragungseinheit.
Die Leistungsübertragungseinheit
umfasst einen Eingang, eine mit diesem drehfest verbindbare oder
verbundene hydrodynamische Kupplung und eine schaltbare Kupplung,
wobei hydrodynamische Kupplung und die schaltbare Kupplung sowohl
einzeln als auch gemeinsam schaltbar sind. Dazu sind beide Komponenten
in zwei Leistungszweigen parallel zueinander angeordnet. Das Steuer-
und/oder Regelsystem umfasst eine zentrale Steuer- und/oder Regelvorrichtung,
die auch als zentrale Fahrregelung bezeichnet wird. In dieser integriert,
wobei vorzugsweise auch eine gemeinsame Nutzung der Steuerkomponenten
erfolgt, oder mit dieser gekoppelt, ist eine Steuervorrichtung zur
Ansteuerung wenigstens der Stelleinrichtungen der Leistungsübertragungseinheit,
welche daher auch als Kupplungsmanager bezeichnet wird. Unter "Steuer- und/oder
Regelvorrichtung" wird
dabei in Abhängigkeit
von der Art und Weise der Zuführung
und Verarbeitung von Größen die
Gesamtheit aus Erfassungseinrichtungen, Steuer- und/oder Regeleinrichtungen
sowie Stelleinrichtungen und deren Verbindungen untereinander verstanden.
Unter dem Begriff "Steuer-
und/oder Regeleinrichtung" wird
dabei die Zusammenfassung der Komponenten eines Steuergerätes verstanden.
Dieses kann dabei in Form einer baulichen Einheit in Form des Steuergerätes vorliegen
oder aber bei räumlich
getrennter Anordnung der Einzelkomponenten und funktionaler Verknüpfung in
Form eines virtuellen Steuergerätes,
dessen Einzelkomponenten über
ein Datenkommunikationsnetzwerk miteinander gekoppelt sind, vorliegen.
Dazu gehören
in der Regel Komponenten zur Verarbeitung von Eingangsgrößen, beispielsweise
in Form von Zuordnungseinrichtungen oder Berechnungseinrichtungen
und ferner Stellgrößenbildner.
Diese Elemente können
von unterschiedlichen elektronischen Komponenten gebildet werden.
Zusätzlich
sind Speichereinheiten möglich.
-
Dabei
ist erfindungsgemäß den einzelnen Kupplungen – hydrodynamische
und mechanische Kupplung – jeweils
eine eigene Steuer- und/oder Regelvorrichtung zugeordnet, die dem
Kupplungsmanager untergeordnet sind. Die Funktion des Kupplungsmanagers
besteht dabei hauptsächlich
darin, in Abhängigkeit
der Sollwertvorgabe für
ein über
die Leistungsübertragungseinheit
zu übertragendes
Moment oder eine, dieses wenigstens indirekt charakterisierende
Größe, die
Aufteilung auf die hydrodynamische Kupplung und die schaltbare Kupplung
vorzunehmen sowie die entsprechenden Sollwerte für die den einzelnen Komponenten
zugeordneten Steuer- und/oder Regeleinrichtungen zu bestimmen. Die zentrale
Steuer- und/oder Regelvorrichtung dient neben der Bildung der Sollwerte
und/oder Stellgrößen für die Ansteuerung
der Antriebsmaschine in Abhängigkeit
des Wunsches oder Erfordernisses nach Einstellung oder Änderung
eines bestimmten Fahrzustandes der Bildung der Sollwerte für das über die Leistungsübertragungseinheit übertragbare
Sollmoment oder einer, dieses wenigstens indirekt beschreibbaren
Größe. Aus
dem Sollmoment oder den dieses charakterisierenden Größen werden
dann in dem mit der zentralen Steuer- und/oder Regeleinrichtung
verbundenen Kupplungsmanager oder bei Integration des Kupplungsmanagers
in der zentralen Steuer- und/oder Regeleinrichtung die Sollwerte
für die
einzelnen Leistungsanteile gebildet. Vorzugsweise erfolgt aus Gründen der
Bauraumminimierung immer eine funktionale und bauliche Zusammenfassung.
Die den einzelnen Kupplungen der Leistungsübertragungseinheit zugeordneten
Steuer- und/oder Regelvorrichtungen, insbesondere die zu diesen
gehörigen
Steuer- und/oder Regeleinrichtungen dienen der Bildung – Berechnung,
Zuordnung oder Ermittlung – der
Stellgrößen zur
Einstellung der Sollgröße für das über die
Leistungsübertragungseinheit übertragbare
Sollmoment bei zumindest teilweiser gewünschter Leistungsübertragung über die
hydrodynamische und schaltbare mechanische Kupplung. Ferner wird
die Einstellung der Sollmomente überwacht
und bei Einstellung dieser als Istwerte eine entsprechende Rückführung vorgenommen,
die entweder direkt zur zentralen Steuer- und/oder Regelvorrichtung
oder aber über
die Kupplungssteuerung erfolgt. Die Ansteuerung der Antriebsmaschine
erfolgt dabei in Abhängigkeit
des Fahrerwunsches und des sich tatsächlich aus dem gewünschten
einzustellenden Sollmoment durch die Leistungsübertragungseinheit ergebenden
Lastmoment.
-
Die
erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es ferner,
in Antriebssträngen
für Fahrzeuge,
insbesondere in diesen zugeordnete bestehende Steuer- und/oder Regelsysteme,
den Einzelkomponenten der Leistungsübertragungseinheit ohnehin
zugeordnete Steuer- und/oder Regelvorrichtungen zu integrieren,
indem diese der zentralen Steuer- und oder Regelvorrichtung über den
Kupplungsmanager untergeordnet werden. Eine aufwendige Programmierung
zur Bestimmung der Stellgrößen, insbesondere für die Beeinflussung
des Übertragungsverhaltens der
hydrodynamischen Kupplung in der zentralen Fahrregelung selbst kann
entfallen. Dies gilt im Besonderen, wenn der Kupplungsmanager für die Leistungsübertragungseinheit
als eigenständige
Baueinheit ausgeführt
ist. Die Funktion der zentralen Fahrregelung kann sich dabei auf
die Vorgabe des Sollwertes für
ein über
die Leistungsübertragungseinheit einzustellendes
Moment oder eine dieses wenigstens mittelbar charakterisierende
Größe beschränken. Die
konkrete Umsetzung dieses Momentes, insbesondere die Einstellung
durch Ansteuerung der hydrodynamischen Kupplung und eventuell zusätzlich direkt
der schaltbaren Kupplung wird dann über die den beiden Kupplungen – hydrodynamische
und mechanische Kupplung – ohnehin
zugeordnete Steuer- und/oder Regeleinrichtung realisiert. Damit
wird es möglich,
eine zentrale Steuer- und/oder Regelvorrichtung mit beliebigen Steuer-
und/oder Regeleinrichtungen für
die Leistungsübertragungseinheit über die
Schnittstelle Kupplungsmanager zu kombinieren. Der steuerungstechnische
Aufwand ist somit für
Antriebsstränge
mit unterschiedlichen Getriebetypen gering. Eine aufwendige Anpassung
beziehungsweise Erstellung der Steuerkennlinien für das Motor-Getriebemanagement
in Abhängigkeit
des Typs der verwendeten Elemente der Leistungsübertragungseinheit in der Fahrregelung
kann damit entfallen.
-
Jede
der Steuer- und/oder Regeleinrichtungen umfasst dabei mindestens
einen Eingang und einen Ausgang bei serieller und/oder eine Vielzahl
von parallelen Ein- und
Ausgängen
bei paralleler Datenübertragung.
Die Steuereinrichtung der zentralen Steuer- und/oder Regelvorrichtung
weist dabei mindestens einen Eingang, der mit einer Einrichtung
zur Erfassung einer gewünschten
Einstellung eines Fahrzustandes und/oder eine Veränderung
eines Fahrzustandes wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe gekoppelt
ist, auf. Aus dieser und eventuell weiteren fahrdynamischen Istgrößen, die den
aktuellen Fahrzustand beschreiben sowie einer eventuell gewünschten
und in der Fahrregelung hinterlegten Schaltphilosophie wird dabei
in der zentralen Fahrregelung ein Sollwert für das über die Leistungsübertragungseinheit
zu übertragende
Sollmoment oder eine, dieses wenigstens indirekt charakterisierende
Größe gebildet,
unabhängig
davon, ob die Leistungsübertragung
allein über
eine der Komponenten hydrodynamische Kupplung oder schaltbare Kupplung
oder aber gemeinsam über
beide erfolgt.
-
Die
Sollwerte bei alleiniger Leistungsübertragung über die hydrodynamische oder
mechanische Kupplung oder aber gemeinsamer Leistungsübertragung über hydrodynamische
und schaltbare Kupplung werden den jeweiligen Steuer- und/oder Regelvorrichtungen
dieser Komponenten zugeführt,
in deren Steuer- und/oder Regeleinrichtungen eine oder mehrere Stellgrößen zur
Ansteuerung der Stelleinrichtungen der Komponenten der Leistungsübertragungseinheit
gebildet werden. Die Wahl der Stellgrößen für die hydrodynamische Kupplung
hängt jedoch im
Einzelfall vom gewählten
System zur Beeinflussung des Füllungsgrades
der hydrodynamischen Kupplung ab. Der Ausgang der dieser zugeordneten Steuer- und/oder Regeleinrichtung
ist daher mit der entsprechenden Stelleinrichtung gekoppelt. Ferner ist
eine Verbindung zwischen den einzelnen Steuer- und/oder Regeleinrichtungen
und der zentralen Steuer- und/oder Regeleinrichtung vorgesehen,
die die Einstellung wenigstens einer, das Sollmoment wenigstens
mittelbar charakterisierenden Größe an den Kupplungsmanager
und über
diesen diese der zentralen Steuer- und/oder Regeleinrichtung der
Fahrregelung zurückmeldet.
In Abhängigkeit
des tatsächlichen
Belastungsmoments kann dann die Antriebsmaschine dem tatsächlichen
Fahrerwunsch entsprechend angesteuert werden.
-
Der
Abgleich zwischen Sollmoment und Istwert des tatsächlich eingestellten übertragbaren
Momentes bzw. entsprechender, diese Größen wenigstens indirekt charakterisierenden
Größen, kann
dabei
- a) im Kupplungsmanager
- b) bei funktionaler und baulicher Zusammenfassung mit der zentralen
Steuer- und/oder
Regeleinrichtung in letzterer erfolgen.
-
Das
erfindungsgemäße Steuer-
und/oder Regelsystem ermöglicht
ein Verfahren zur Ansteuerung der Antriebsmaschine in Antriebssträngen von Fahrzeugen,
bei welchen aus wenigstens einem Signal zur Änderung der Einstellung des
Fahrzustandes ein Sollwert für
ein zu übertragendes
Sollmoment oder eine Sollleistung für die Leistungsübertragungseinheit
der Getriebebaueinheit gebildet wird, wobei dieser Sollwert aus
einem der Antriebsmaschine zugeordneten Kennfeld ermittelt wird.
Dieser Sollwert wird dabei in der der hydrodynamischen Kupplung zugeordneten
Steuer- und/oder Regeleinrichtung verarbeitet und in eine entsprechende
Stellgröße zur Ansteuerung
der der hydrodynamischen Kupplung zugeordneten Stelleinrichtung
und eventuell zusätzlich
der der schaltbaren Kupplung zugeordneten Stelleinrichtung verwendet.
Dabei erfolgt eine Rückmeldung
von der zweiten Steuer- und/oder Regeleinrichtung über die
Einstellung der Drehmomente, insbesondere eine, diese wenigstens
mittelbare charakterisierende Größe an die übergeordnete
zentrale Steuer- und/oder Regeleinrichtung der zentralen Fahrregelung,
wobei die Rückführung entweder
den aktuellen Istwert des übertragbaren
Momentes oder eine, dieses wenigstens indirekt charakterisierende Größe beinhaltet
und der Abgleich in der Fahrregelung erfolgt oder aber lediglich
das Abgleichsergebnis weitergeleitet wird. Bei Vorliegen des die
Einstellung des übertragbaren
Sollmomentes beschreibenden Signals wird gleichzeitig oder mit einer
zeitlichen Verzögerung
die Stellgröße zur Ansteuerung
des Leistungsstellgliedes der Antriebsmaschine freigegeben oder
der Steuereinrichtung der Antriebsmaschine die Sollgröße oder
Größen für die einzustellenden Leistungsparameter
zur Bildung der Stellgrößen zur Ansteuerung
der der Antriebsmaschine zugeordneten Stelleinrichtung zugeführt.
-
Im
Einzelnen sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wenigstens folgende
Betriebsphasen für
die Leistungsübertragungseinheit
realisierbar:
- 1. Anfahrvorgang, Leistungsübertragung über die hydrodynamische
Kupplung
- 2. Zuschaltung der mechanischen Kupplung zur hydrodynamischen
Kupplung und Parallelbetrieb von hydrodynamischer Kupplung und schaltbarer Kupplung,
das heißt,
gleichzeitige Leistungsübertragung über beide
Komponenten
- 3. Fahren mit geschlossener schaltbarer Kupplung
-
Erfindungsgemäß erfolgt
die Zuschaltung der mechanischen Kupplung zur hydrodynamischen Kupplung
immer additiv. Dies bedeutet, dass die Leistungsübertragung über die hydrodynamische Kupplung
primär
bevorrechtigt ist und bis zur alleinigen Leistungsübertragung über die
schaltbare Kupplung das theoretisch mögliche maximal über die
hydrodynamische Kupplung zu übertragende
Moment über
diese übertragen
wird und lediglich das Differenzmoment zum gewünschten Sollmoment über die schaltbare
Kupplung. Drehzahlschwankungen an Antriebsmaschinen können bei
der Schaltung der Überbrückungskupplung
dadurch kompensiert werden.
-
Ferner
ist mit der erfindungsgemäßen Lösung auch
ein Notbetrieb möglich,
wenn beide Einzelkomponenten der Leistungsübertragungseinheit für ein bestimmtes
theoretisch maximal zu übertragendes
Moment ausgelegt sind, so dass beide das volle Drehmoment notfalls
allein übertragen
können. Dabei
kann bei Erkennen eines Ausfalls eines der beiden Systeme ein Notbetrieb
erfolgen, in dem von der Steuerung, insbesondere dem Kupplungsmanager
erkannt wird oder von der einzelnen Steuerung eine Rückmeldung
erfolgt, dass ein Betrieb der entsprechenden Einzelkomponente – hydrodynamische Kupplung
oder schaltbare Kupplung – nicht
möglich ist,
wobei dann einer Aktivierung der jeweils anderen Kupplung erfolgt.
-
Die Überbrückung der
hydrodynamischen Kupplung erfolgt vorzugsweise rein momentenabhängig. Denkbar
ist es jedoch auch, diese über
eine, das Moment wenigstens indirekt charakterisierende Größe, beispielsweise
die Drehzahl zu, steuern. Bei der momentenabhängigen Steuerung bzw. Zuschaltung
der Überbrückungskupplung
wird von Seiten des Fahrers keine Änderung der Antriebsdrehzahl wahrgenommen,
jedoch die Leistungsabgabe am Abtrieb ändert sich. Insbesondere im
Anfahrvorgang bzw. im Zustand der Zuschaltung der schaltbaren Kupplung
wird die aus dem Stand der Technik bekannte Drückung der Motordrehzahl vermieden.
Das dort dann erfolgende Hochdrehen des Motors wird mit der erfindungsgemäßen Lösung ausgeschlossen.
-
Wird
von der zentralen Fahrregelung entschieden, dass ein Fahren mit
geschlossener schaltbarer Kupplung erfolgen soll, d.h. Leistungsübertragung
allein über
die Überbrückungskupplung,
wird von der in der zentralen Fahrregelung integrierten Kupplungssteuerung
ein Sollwert für
das über
die hydrodynamische Kupplung übertragbare
Moment gebildet, welches Null beträgt und ferner beispielsweise ein
Kupplungsweg für
die schaltbare Kupplung als Stellgröße zur Einstellung des eines
Sollwertes für das
an der schaltbaren Kupplung zu übertragende Moment
festgelegt. Dieser Sollwert wird dann direkt der Stelleinrichtung
in Form der Kupplungsbetätigung
der schaltbaren Kupplung zugeführt.
Ferner wird der Sollwert für
das zu übertragende
Sollmoment an der hydrodynamischen Kupplung der dieser zugeordneten
Steuer- und/oder Regeleinrichtung zugeführt. Die Stellgröße wird
dann für
den Füllungsgrad
von Null festgelegt. Die zentrale Fahrregelung erhält eine
Rückmeldung
von der Leistungsübertragungseinheit,
insbesondere direkt von der Stelleinrichtung für die schaltbare Kupplung über die
Einstellung des übertragbaren
Sollmomentes an der schaltbaren Kupplung beziehungsweise indirekt
der Nichtübertragbarkeit
eines Momentes an der hydrodynamischen Kupplung. Bei Vorliegen dieses
Ist-Signals wird dann die Stelleinrichtung der Antriebsmaschine entsprechend
des Wunsches zur Änderung
oder Einstellung des Fahrzustandes aktiviert oder die dieser zugeordnete
Steuereinrichtung angesteuert.
-
Wird
von der zentralen Fahrregelung festgelegt, dass die Leistungsübertragung
lediglich über
die hydrodynamische Kupplung erfolgt, wird über die in der zentralen Fahrregelung
integrierte Kupplungssteuerung ein Sollwert für das über die hydrodynamische Kupplung
zu übertragende
Sollmoment gebildet. Der über
die schaltbare Kupplung übertragbare Leistungsanteil
wird dabei auf Null gesetzt, so dass die Stellgröße für die schaltbare Kupplung derart
gesetzt wird, dass keine Leistungsübertragung mehr erfolgen kann.
Während
dieser Betriebsphase erfolgt daher keine Veränderung der Stellgröße. Die
der hydrodynamischen Kupplung zugeordnete Steuer- und/oder Regeleinrichtung
bildet aus dem Sollwert die Stellgröße zur Ansteuerung der Stelleinrichtung der
hydrodynamischen Kupplung, in der Regel eine Stellgröße zur Änderung
des Füllungsgrades
B. Die Rückmeldung über die
Einstellung des Füllungsgrades
beziehungsweise eine, diese wenigstens mittelbar charakterisierende
Größe erfolgt
dann von der der hydrodynamischen Kupplung zugeordneten Steuer-
und/oder Regeleinrichtung direkt an die zentrale Fahrregelung bzw.
die in dieser integrierte Kupplungssteuerung. Bei diesem Zustand
wird sozusagen das Ist-Signal über
die Höhe
des übertragbaren
Momentes direkt an der der hydrodynamischen Kupplung zugeordneten
Elektronik generiert.
-
In
Analogie gelten diese Ausführungen
auch für
den dritten Betriebszustand, den Parallelbetrieb.
-
Die
erfindungsgemäße Lösung wird
nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen
folgendes dargestellt:
-
1a verdeutlicht
in schematisch stark vereinfachter Darstellung den Grundaufbau eines
erfindungsgemäß gestalteten
Steuer- und/oder Regelsystems für
den Einsatz in Fahrzeugen;
-
1b verdeutlicht
anhand eines Blockschaltbildes das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Ansteuerung der Leistungsübertragungseinheit;
-
1c verdeutlicht
anhand eines Blockschaltbildes die Ansteuerung von Leistungsübertragungseinheit
und Antriebsmaschine;
-
2a bis 2c verdeutlichen
in schematisch vereinfachter Darstellung das Grundprinzip der Wirkungsweise
der der zentralen Fahrregelung untergeordneten zweiten Steuer- und/oder
Regelvorrichtung in verschiedenen Betriebsphasen.
-
Die 1 verdeutlicht in schematisch stark vereinfachter
Darstellung den Grundaufbau eines erfindungsgemäß gestalteten Steuer- und/oder
Regelsystems 1 für
den Einsatz in Antriebssträngen 2 von Fahrzeugen 3.
Dieses umfasst eine erste zentrale Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4,
welche nachfolgend als zentrale Fahrregelung 5 bezeichnet
wird. Die Begriffe „Steuerung" oder „Regelung" beziehen sich dabei
auf die Funktion der Vorrichtung. Diese erste Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 dient
der Ansteuerung der einzelnen Komponenten des Antriebsstranges 2 und
der Abstimmung dieser aufeinander. Der Antriebsstrang 2 umfasst
mindestens eine Antriebsmaschine 6, vorzugsweise in Form
einer Verbrennungskraftmaschine 7. Ferner ist eine mit dieser
wenigstens mittelbar, d.h. direkt oder über weitere Übertragungselemente
gekoppelte Getriebebaueinheit 8 vorgesehen. Diese umfasst
mindestens eine Leistungsübertragungseinheit 9,
vorzugsweise in Form einer Anfahreinheit 10 oder bei Erfüllung zusätzlicher
Funktionen einer multifunktionalen Funktionseinheit, und dieser
nachgeordnete Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtungen 11,
die in Form von Schaltstufen oder aber auch stufenlosen Getriebeteilen
ausgebildet sein können
und mit dem Ausgang A der Leistungsübertragungseinheit 9 gekoppelt
sind. Die Leistungsübertragungseinheit 9 umfasst
ein Anfahrelement 12 in Form einer hydrodynamischen Komponente,
vorzugsweise einer hydrodynamischen Kupplung 13, umfassend
ein Pumpenrad P und ein Turbinenrad T, die miteinander einen Arbeitsraum
bilden, und eine parallel zu dieser angeordnete schaltbare Kupplung 14,
welche wenigstens die Funktion einer Überbrückungskupplung 24 übernimmt.
Die hydrodynamische Kupplung 13 ist frei von einem Leitrad.
Die hydrodynamische Kupplung und die schaltbare Kupplung 14 sind
zwischen einem Eingang E und einem Ausgang A der Leistungsübertragungseinheit 9 in
zwei Leistungszweigen 25 und 26 angeordnet. Die
hydrodynamische Kupplung 13 und die schaltbare Kupplung 14 sind
parallel schaltbar. Dabei kann die Schaltbarkeit dieser sowohl jeweils für sich allein
als auch gemeinsam realisiert werden. Im erstgenannten Fall erfolgt
dabei die Leistungsübertragung über die
jeweils geschaltete Komponente – hydrodynamische
Kupplung 13 oder schaltbare Kupplung 14 – im jeweiligen
Leistungszweig 25 oder 26 allein. Bei alleiniger
Leistungsübertragung über die
schaltbare Kupplung 14 im Leistungszweig 26 wird über diese
die hydrodynamische Kupplung 13 überbrückt, d. h. Pumpen- und Turbinenrad
T sind miteinander gekoppelt. Im zweiten Fall sind beide Komponenten
an der Leistungsübertragung
beteiligt, die über
beide Leistungszweige 25 und 26 erfolgt.
-
Die
Aufgabe der ersten zentralen Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 besteht
darin, einen Fahrerwunsch nach Einstellung oder Änderung eines Fahrzustandes
durch Ansteuerung der Getriebebaueinheit 8, insbesondere
der Leistungsübertragungseinheit 9 und
der Antriebsmaschine 6, in entsprechender Weise am Fahrzeug
umzusetzen. Insbesondere wird von dieser ein Sollwert für die an
den Rädern
abzugebende Leistung und/oder das an diesen abzugebende Moment oder
diese Größen indirekt charakterisierende
Größen gebildet.
Die erste Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 umfasst eine
zentrale Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19, welche als bauliche
Einheit in Form eines Steuergerätes
oder aber bei räumlich
getrennter Anordnung der Funktionskomponenten als virtuelles Steuergerät vorliegt, wobei
die Einzelkomponenten über
ein Datenkommunikationsnetzwerk miteinander gekoppelt sind. Gekoppelt
mit dieser oder bei Funktionsübernahme durch
diese in dieser integriert ist eine Steuervorrichtung, die auch
als Kupplungsmanager 15 bezeichnet wird und der Ansteuerung
der Elemente der Leistungsübertragungseinheit 9 dient,
insbesondere die Aufteilung der über
die einzelnen Elemente zu übertragenden
Leistungsanteile bzw. Momente. Dabei wird bei Funktionsintegration
die zentrale Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19 der zentralen
Fahrregelung gemeinsam genutzt oder im anderen Fall ein eigenes
Steuergerät,
wobei beide miteinander gekoppelt sind. Der Kupplungsmanager 15 ist
dazu mit den als bauliche Einheit oder virtuelles Steuergerät vorliegenden
Steuer- und/oder Regeleinrichtungen 20 der hydrodynamischen
Kupplung 13 und 38 der schaltbaren Kupplung 14 gekoppelt.
Die der schaltbaren Kupplung 14 zugeordnete Steuer- und/oder Regelvorrichtung
wird dabei als Kupplungsbetätigung 16 bezeichnet.
Die zu dieser gehörende
Steuer- und/oder
Regeleinrichtung 38 ist wenigstens mit einer Stelleinrichtung 17,
welche der schaltbaren Kupplung 14 zugeordnet ist, gekoppelt.
Dem Anfahrelement 12 ist ebenfalls eine Steuer- und/oder Regelvorrichtung 18 zugeordnet,
die primär
die Ansteuerung der hydrodynamischen Kupplung 13 und die
Kommunikation mit dem Kupplungsmanager 15 übernimmt.
Die dem Anfahrelement zugeordnete Steuer- und/oder Regelvorrichtung 18,
insbesondere die zu dieser gehörende
Steuer- und/oder
Regeleinrichtung 20 ist dabei der zentralen Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 untergeordnet
und über
den Kupplungsmanager 15 mit dieser über wenigstens eine Kommunikationsschnittstelle
verbunden. Unter einer Steuer- und/oder
Regelvorrichtung wird dabei immer die Gesamtheit aus Steuergeräten, Stelleinrichtungen
und Kopplungen mit den Stelleinrichtungen verstanden, die zur Realisierung
von Steuerfunktionen einer Komponente zugeordnet sind. Die beiden,
den Kupplungen – hydrodynamischer
Kupplung 13 und schaltbarer Kupplung 14 – zugeordneten Steuer-
und/oder Regelvorrichtungen 18 bzw. 16 sind dem
Kupplungsmanager 15 untergeordnet.
-
Unter
einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung wird die, die Funktion von
Steuergeräten übernehmenden
Komponenten verstanden. Die erste Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 umfasst
die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19 in Form eines Steuergerätes, wobei
diese Funktion nicht zwangsläufig
von einer baulichen Einheit übernommen
werden muss, sondern beispielsweise auch von einem virtuellem Steuergerät, das sich
aus einer Vielzahl einzelner Komponenten zusammensetzt, die miteinander über ein
Datenkommunikationsnetzwerk verbunden sind. Denkbar ist jedoch auch,
die entsprechenden Informationen vom CAN-Bus zu nehmen und einer
einzelnen Einheit zuzuführen.
Dies gilt in Analogie auch für
die Steuer- und/oder Regeleinrichtungen 38 und 20 der
Steuer- und/oder Regelvorrichtungen 16, 18.
-
Die
Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19 der zentralen Fahrregelung 4 ist
dabei wenigstens mittelbar mit einer Einrichtung 21 zur
Erfassung einer den Fahrerwunsch nach Einstellung oder Änderung des
Fahrzustandes FZ wenigstens mittelbar beschreibenden Größe verbunden.
Dieses Signal kann beispielsweise über einen CAN-Bus der Steuer- und/oder
Regeleinrichtung 19 zugeführt werden oder aber es besteht
eine direkte Kopplung zwischen der Einrichtung 21 und dem
Steuergerät 19.
Aus diesem und eventuell einer Mehrzahl weiterer, das aktuelle Fahrverhalten
beschreibender Istgrößen, die
ebenfalls als Eingangsgrößen der
zentralen Steuer- und/oder
Regeleinrichtung 19 über
parallele Eingänge
oder eine serielle Schnittstelle zugeführt werden, wird dann wenigstens
ein Sollwert für
die von der Antriebsmaschine 6 abzugebende Leistung Psoll-6 und/oder das von dieser bereitzustellende
Moment Msoll-6 und/oder die an der Antriebsmaschine 6 einzustellende
Drehzahl nsoll-6 gebildet, welcher die Grundlage
für die
Bestimmung bzw. Ermittlung des über
die Leistungsübertragungseinheit 9 zu übertragenden Sollmomentes
Msoll-9 oder der Sollleistung PSoll-9 ist. Diese
Größe wird
dem Kupplungsmanager 15 bzw. der diesen bildenden Steuer-
und/oder Regeleinrichtung zugeführt.
D.h. in der ersten zentralen Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19 der
zentralen Fahrregelung 4 wird ein Sollwert für ein durch
die Leistungsübertragungseinheit 9,
insbesondere durch die hydrodynamische Kupplung 13 und/oder
die schaltbare Kupplung 14, insbesondere die Überbrückungskupplung 24,
zu übertragendes
Moment MSoll-13,-14 oder eine diesen Momentenwert
wenigstens indirekt charakterisierende Größe, aus welchem der Momentensollwert
ohne Schwierigkeiten ableitbar ist, gebildet. Dieser ist dabei proportional
dem an den Rädern
zu erzeugenden gewünschten
Moment zur Einstellung des entsprechend gewünschten Fahrzustandes. Dazu
umfasst die zentrale Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19 einen
Sollwertbildner 32. Erfindungsgemäß wird diese Sollwertvorgabe
in der Steuereinrichtung 19 nicht gleich in eine Stellgröße zur Ansteuerung
der einzelnen Elemente der Anfahreinheit 9, insbesondere
der hydrodynamischen Kupplung 13 und/oder Überbrückungskupplung 14,
umgewandelt, sondern es wird ein Sollwert für das über die Leistungsübertragungseinheit 9 zu übertragende
Moment MSoll-9 gebildet und an den Kupplungsmanager 15 weitergegeben.
Der Kupplungsmanager 15, insbesondere die zu diesem gehörige Steuer-
und/oder Regeleinrichtung, bildet aus dem Sollwert für das an der
Leistungsübertragungseinheit 9,
insbesondere das über
die hydrodynamischen Kupplung 13 und evtl. zusätzlich über die
schaltbare Kupplung 14, insbesondere Überbrückungskupplung 24 zu übertragende
Moment oder eine dieses charakterisierende Größe eine entsprechende Sollgröße MSoll-13, MSoll-14, die
in den einzelnen den Kupplungen 13, 14 zugeordneten
Steuer- und/oder Regeleinrichtungen – 38 für die schaltbare
Kupplung 14 und 20 für die hydrodynamische Kupplung 13 – in Stellgrößen Y14, Y13, die den Stelleinrichtungen 34 der
hydrodynamischen Kupplung 13 und/oder 17 der Überbrückungskupplung 24 zur
Ansteuerung zugeführt
werden, umgewandelt werden. Dazu sind entsprechende Stellgrößenbildner 36, 37 vorgesehen.
Ferner wird über
die Steuer- und/oder Regelvorrichtung 16 und 18 auch
die Einstellung des Sollmomentes MSoll-13 bzw.
MSoll-14 und damit MSoll-9,
d.h. MIst-13 bzw. MIst-14 und
damit MIst-9 erfasst und dem Kupplungsmanager 15 zurückgemeldet.
Dies kann beispielsweise mittels einer Einrichtung 30 zur
Erfassung einer, den Istwert des über die Leistungsübertragungseinheit 9 übertragbaren
Momentes MIst-9 bzw. der einzelnen Kupplungen 13 und 14 übertragbaren
Momente MIst-13, MIst-14 wenigstens mittelbar
beschreibenden Größe erfolgen.
Vorzugsweise erfolgt die Rückmeldung
von jeder Steuer- und Regeleinrichtung 20, 38.
an den Kupplungsmanager 15. Über diesen können diese
Istwerte an die zentrale Fahrregelung 5 weitergegeben werden.
Nach der Rückführung des
Istwertes für
das von der Leistungsübertragungseinheit 9 übertragbare
Gesamtmoment MIst-9, wird dann von der zentralen
Fahrregelung 5 die Einstellung des von der Antriebsmaschine 6,
insbesondere der Verbrennungskraftmaschine 7 abgebbaren
Momentes MSoll-6 und/oder der von dieser
abgebbaren Leistung PSoll-6 freigegeben.
Dies bedeutet, es wird eine Stellgröße Y6 zur
Ansteuerung der Stelleinrichtung 27, insbesondere des Leistungsstellgliedes der
Verbrennungskraftmaschine 7 gebildet oder der entsprechende
Sollwert wird als Eingangsgröße zur Ansteuerung
der der Verbrennungskraftmaschine 7 zugeordneten Motorsteuerung 28 zugeführt. Das
von der Antriebsmaschine bereitzustellende Sollmoment oder die Sollleistung
oder eine diese Größe wenigstens
mittelbar charakterisierende Größe wird
dabei je nach Strategie eingesteuert oder geregelt. Dies kann über einen
Ausgang 33 oder aber eine serielle Schnittstelle erfolgen.
Die zentrale Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19 umfasst
dazu eine Vergleichseinrichtung 29, die einen Abgleich
zwischen Soll- und Istwert des über
die Leistungsübertragungseinheit 9 übertragbaren
Momentes ermöglicht.
Die Kopplung bzw. Realisierung der Verbindungen zwischen der zentralen
Steuer- und/oder
Regeleinrichtung 19 und der zentralen Steuer- und/oder
Regeleinrichtung 20 sowie den einzelnen Erfassungseinrichtungen
und den Steuer- und/oder Regeleinrichtungen 19, 20 sowie
diesen und den Stelleinrichtungen erfolgt entweder über parallele
Verbindungsleitungen, die auch die Anzahl der Ein- und Ausgänge an den
Steuer- und/oder Regeleinrichtungen bestimmen oder über serielle
Schnittstellen und Datenkommunikationsnetzwerke oder eine Kombination
aus beiden.
-
Erfindungsgemäß ist der
Kupplungsmanager 15 derart aufgebaut und konzipiert, dass
bei einer bestimmten Leistungsanforderung aufgrund des Fahrerwunsches
eine Zuordnung der Leistungsübertragung
zu beiden Leistungszweigen 25, 26 erfolgt, wobei
die Leistungsübertragung über die
hydrodynamische Kupplung 13 bevorrechtigt ist. Der Kupplungsmanager 15 übernimmt
dabei die Zuordnung der über
die beiden Kupplungen 13, 14 zu übertragenden Leistungsanteile
bzw. Momentenanteile und Bildung der Sollwerte MSoll-13,
MSoll-14 für die den Kupplungen 13, 14 zugeordneten
Steuer- und/oder Regeleinrichtungen 20, 38.
-
Zur
Bildung der Sollwerte und Stellgrößen sind immer entsprechende
Sollgrößen- oder Stellgrößenbildner,
Zuordnungseinrichtungen oder Berechnungseinrichtungen in den Steuer-
und/oder Regeleinrichtungen 20, 38 vorgesehen,
deren Auswahl im Ermessen des zuständigen Fachmannes liegen. Bei der
Beschreibung des erfindungsgemäßen Steuer- und/oder
Regelsystems 1 wird daher nicht im Detail auf diese eingegangen.
-
Entsprechend
der Ausgestaltung der Leistungsübertragungseinheit 9 mit
zusätzlichen
Elementen, beispielsweise einem Freilauf F zwischen Turbinenrad
T und Ausgang A kann beim Einsatz in automatisierten Schaltgetrieben
auf eine separate Trennkupplung zur Zugkraftunterbrechung verzichtet
werden. Diese Funktion übernimmt
die eigentliche Überbrückungskupplung 24 der
Leistungsübertragungseinheit 9.
Diese wird dabei als Schaltkupplung verwendet, wobei die über diese übertragbare
Leistung auch steuerbar ist.
-
Die 1b verdeutlicht
anhand eines Blockschaltbildes das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Ansteuerung der Antriebsmaschine 6 und Leistungsübertragungseinheit 9 in
einem Antriebsstrang 2. Daraus wird ersichtlich, dass auf
der Grundlage einer Vorgabe eines Wunsches oder Notwendigkeit zur
Einstellung und/oder Änderung
eines Fahrzustandes FZ, vorzugsweise unter Berücksichtigung einer Mehrzahl
von Istwerten fahrdynamischer Größen sowie
eventuell vorgegebener Schaltprogramme wenigstens ein Sollwert für die von der
Antriebsmaschine 6 abzugebende Leistung PSoll-6 und/oder
das von dieser abzugebende Moment MSoll-6 und/oder
die an dieser einzustellende Drehzahl nSoll-6 und/oder
Sollwerte für
Größen, die
diese Größen wenigstens
mittelbar beschreiben, gebildet werden. Aus dem oder den Sollwerten
wird ein Sollwert für
das über
die Leistungsübertragungseinheit 9 zu übertragende
Moment MSoll-6 gebildet. Dabei wird jedoch
unterschieden, ob die Leistung allein über eine Komponente – hydrodynamische
Kupplung 13, schaltbare Kupplung 14 oder aber über beide
gemeinsam übertragen
wird. Dies ist beispielsweise von den Schaltprogrammen und den Istwerten
der fahrdynamischen Größen sowie
dem Fahrerwunsch nach Einstellung oder Änderung eines Fahrzustandes
FZ oder dem Auftreten anderer, eine Änderung des Fahrzustandes FZ
auslösenden
Größen abhängig. In
der Praxis sind dazu eine Vielzahl von Möglichkeiten denkbar, weshalb
hier im Einzelnen nicht darauf eingegangen wird. Soll dabei wenigstens
ein Teil der Leistung in der Leistungsübertragungseinheit 9 über die
hydrodynamische Kupplung 13 übertragen werden, werden der
oder die, Sollwerte für
das über
die hydrodynamische Kupplung 13 und evt. zusätzlich die
schaltbare Kupplung 14 zu übertragende Moment MSoll-13 und MSoll-14 gebildet,
wobei die Summe durch MSoll-9 beschreibbar
ist, und den Steuer- und/oder
Regeleinrichtungen 20 bzw. 38 zugeführt. In
diesen werden dann die Stellgrößen Y13 und evt. Y14 zur
Ansteuerung der der hydrodynamischen Kupplung 13 und der schaltbaren
Kupplung 14 zugeordneten Stelleinrichtungen gebildet. Des
weiteren wird die Einstellung dieser Sollwerte oder der diese wenigstens
indirekt charakterisierenden Größen, beispielsweise
die Stellgrößen Y selbst, überwacht
und es erfolgt erfindungsgemäß eine Rückführung an
die zentrale Steuer- und/oder Regeleinrichtung 19 über den
Kupplungsmanager 15, die bei Einstellung der gewünschten
Sollwerte, d.h. MSoll-9 = MIst-9 die
Ansteuerung der Antriebsmaschine 6 vornimmt, insbesondere
die Drehzahl einregelt. D. h. dass entweder der dieser zugeordneten
Steuerung der oder die entsprechenden Sollwerte zugewiesen werden
oder aber aus diesen Stellgrößen Y6 zur Ansteuerung der Stelleinrichtungen
zur Einstellung der erforderlichen Sollwerte gebildet werden. Damit
werden stabile Verhältnisse in
der Leistungsübertragung
sichergestellt und unerwünschte,
das Fahrempfinden negativ beeinflussende Erscheinungen vermieden.
-
Die 1c verdeutlicht
anhand eines Blockschaltbildes eine besonders vorteilhafte Ausführung der
Ansteuerung der Leistungsübertragungseinheit 9 und
der Antriebsmaschine 6. Die Ansteuerung der einzelnen Komponenten
der Leistungsübertragungseinheit 9 erfolgt
analog wie bereits beschrieben über den
Kupplungsmanager 15. Die Vorgabe des Fahrerwunsches erfolgt
dabei über
ein Fahrpedal 21, oder eine andere Einrichtung. Aus dieser
Betätigung
wird ein entsprechendes Signal für
die Einstellung oder eine gewünschte Änderung
des Fahrzustandes FZ wenigstens mittelbar beschreibende Größe generiert.
Aus diesem wird dann in der zentralen Fahrregelung 5 aus
dem Kennfeld der Antriebsmaschine 6 eine Auswahl bezüglich des
erforderlichen minimal bereitzustellenden Momentes getroffen. Aus
diesem wird das Anfahrmoment bzw. das über die Leistungsübertragungseinheit 9 zu übertragende
und unter Berücksichtigung
der nachgeordneten Schaltstufen bereitzustellende Sollmoment ermittelt.
Dieses Sollmoment MSoll-9 wird dem Kupplungsmanager 15 zugeführt, der
wie bereits beschrieben die Zuordnung bzw. Aufteilung auf die einzelnen
Komponenten – hydrodynamische
Kupplung 13 und/oder schaltbare Kupplung 14 übernimmt.
Aus dem am Abtrieb bereitzustellenden Moment bestimmt sich auch
eine bestimmte Drehzahl n6, die dann über die
der Antriebsmaschine 6 zugeordnete Motorsteuerung 28 eingeregelt
wird. Dies erfolgt jedoch in Abhängigkeit
des tatsächlich über die
Leistungsübertragungseinheit 9 abgegriffenen
Belastungsmomentes. In Abhängigkeit der
aus dem Vergleich der aus dem Kennfeld vorgegebenen Drehzahl n6 für
die Antriebsmaschine und der sich tatsächlich unter dem Eintritt des
Belastungsmomentes ergebenden Drehzahl n6 sich
ergebenden der Differenz wird eine Stellgröße zur Änderung der Leistungsbereitstellung
an der Antriebsmaschine 6, insbesondere zur Variation der
Einspritzung, vorgegeben und somit die Istdrehzahl an die gewünschte Solldrehzahl
nSoll-6 herangeführt. Die Steuerung der Leistungsübertragung über die
Leistungsübertragungseinheit 9 wirkt
damit auf die Motorregelung.
-
Die 2a bis 2c verdeutlichen
in schematisch vereinfachter Darstellung die Funktionsweise eines
erfindungsgemäßen Steuer-
und/oder Regelsystems 1 für unterschiedliche Betriebsphasen, wobei
auf die Darstellung der Ansteuerung der Antriebsmaschine 6 verzichtet
wurde.
-
Die 2a verdeutlicht
eine erste Betriebsphase, welche den eigentlichen Anfahrvorgang
beinhaltet. In diesem ist nur die hydrodynamische Kupplung 13 aktiv.
Zu Beginn ist die hydrodynamische Kupplung 13 unbefüllt und
die schaltbare Kupplung 14 deaktiviert, d.h. der den Abstand
zwischen den einzelnen Lamellen charakterisierende Kupplungsweg
S beträgt
100 %. Dazu erfolgt entsprechend der Vorgabe des Fahrerwunsches
nach Einstellung oder Änderung
des Fahrzustandes in der zentralen Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4,
insbesondere der in dieser integrierten Steuereinrichtung 19 die
Vorgabe einer über
die Leistungsübertragungseinheit 9 zu übertragenden
Sollleistung PSoll-9 oder eines über diese
zu übertragenden
Sollmomentes MSoll-9, die in dem der zentralen
Fahrregelung 5 integrierten Kupplungsmanager 15 zugeteilt
wird. Andernfalls wird dieser Sollwert jedoch dem Kupplungsmanager 15 zugeführt. Aus
dem Sollwert für
die über
die Leistungsübertragungseinheit 9 zu übertragende
Gesamtleistung bzw. das Gesamtmoment erfolgt im Kupplungsmanager 15 die
Entscheidung, über
welche Komponente dieses übertragen
wird. Dabei ist erfindungsgemäß die Leistungsübertragung über die
hydrodynamische Kupplung 13 bevorrechtigt. Dies bedeutet, dass
vorzugsweise solange das über
die Leistungsübertragungseinheit 9 zu übertragende
Sollmoment MSoll-9 bzw. die Leistung PSoll-9 geringer ist als das theoretisch über die
hydrodynamische Kupplung 13 übertragbare Moment, die Leistung
allein über
die hydrodynamische Kupplung 13 übertragen wird. Aus dem Sollmoment
MSoll-9 erfolgt im Kupplungsmanager 15 die
Bildung eines Sollwertes MSoll-13 für das über die
hydrodynamische Kupplung 13 zu übertragende Moment, welches
proportional zu dem an den Rädern
anliegenden Antriebsmoment ist. Diese Sollwertvorgabe gilt als Eingangssignal
für die
der hydrodynamischen Kupplung 13 zugeordnete Steuer- und/oder
Regeleinrichtung 20. Entsprechend des erforderlichen Sollmomentes
MSoll-13 wird dann von dieser ein Sollwert
zur Ansteuerung der Stelleinrichtung der hydrodynamischen Kupplung,
beispielsweise zur Änderung
des Füllungsgrades
B, gebildet. Entsprechend wird dann die Stellgröße Y13 festgelegt
und die Stelleinrichtung 34 der hydrodynamischen Kupplung 13 angesteuert.
Eine Änderung
des Füllungsgrades kann
dabei beispielsweise durch Aufbringen eines statischen Überlagerungsdruckes
auf einen ruhenden Betriesmittelspiegel oder durch die Ansteuerung entsprechender
der in Zulauf- und/oder Ablaufleitung integrierter Ventileinrichtungen
erfolgen.
-
Es
besteht eine aktive Verbindung zwischen der in der zentralen Fahrregelung 5 integrierten
und dem als Kupplungssteuerung fungierenden Kupplungsmanager 15 und
der ebenfalls integrierten Kupplungssteuerung 38 und der
Steuer- und/oder Regelvorrichtung 18 bzw. der zu dieser
gehörenden Steuer-
und/oder Regeleinrichtung 20, welche der hydrodynamischen
Kupplung 13 zugeordnet ist. Des weiteren wird in dieser
Betriebsphase über
den Kupplungsmanager 15 die Stellgröße für die Kupplungsbetätigung 16 der
schaltbaren Kupplung 14, insbesondere die Stelleinrichtung 17 in
Form des Stellweges S = 100 % mit generiert. Dies bedeutet, daß die schaltbare
Kupplung 14, insbesondere die Überbrückungskupplung 24 inaktiv
ist, d.h. der Sollwert für
das über
diese übertragbare
MSoll-14 = 0 beträgt.
-
Der
hydrodynamischen Kupplung 13 ist ferner eine Einrichtung
zur Erfassung einer, das über diese übertragbare
Moment MIst-13 wenigstens mittelbar charakterisierende
Größe zugeordnet.
Als diese Größen fungieren
dabei beispielsweise entweder der Füllungsgrad B oder ein Druck
oder die an der Stelleinrichtung einzustellenden Parameter zur Veränderung
der Stellgröße. Bei
erfolgter Einstellung des zu übertragenden
Sollmomentes MSoll-13 = MIst-13 erfolgt eine
Rückmeldung über die
Steuer- und/oder Regeleinrichtung 20 an die zentrale Fahrregelung 5 über den
Kupplungsmanager 15. In Abhängigkeit des an der hydrodynamischen
Kupplung 13 eingestellten Momentes MIst-13 und
der dadurch bedingten Änderung
der Drehzahl n der Verbrennungskraftmaschine 7 erfolgt
dann über
die Fahrregelung 5 eine Freigabe der Ansteuerung des Leistungsstellgliedes
der Verbrennungskraftmaschine 7 zur Anpassung an den Fahrerwunsch.
Diese Ansteuerung kann direkt von der Fahrregelung 5 oder
aber über
eine der Verbrennungskraftmaschine zugeordnete Motorsteuerung erfolgen.
Die Rückmeldung
von der der hydrodynamischen Kupplung 13 zugeordneten Steuer- und/oder
Regeleinrichtung 20 beinhaltet als Mindestinformation die
Einstellung des über
die hydrodynamische Kupplung übertragbaren
Momentes MIst-13 Zusätzlich sollte jedoch immer
noch zur Sicherheit einen Hinweis auf das über die Überbrückungskupplung 14 übertragbare
Moment MIst-14 vorliegen. Dieses ist in
dieser Betriebsphase gleich Null.
-
In
Analogie kann die in der 2a dargestellte
Regelstrategie auch für
den Bremsvorgang verwendet werden, wobei in diesem Fall die Anfahreinheit 9 als
Multifunktionseinheit aufgebaut sein muss, bei der das Turbinenrad
T über
einen Freilauf mit dem Ausgang der Anfahreinheit 9 gekoppelt
ist und ferner über
eine diesem zugeordnete Bremseinrichtung festsetzbar ist. In diesem
Fall entspricht der Fahrerwunsch nach Änderung des Fahrzustandes der
Erzeugung einer bestimmten Verzögerung
bzw. Abbremsung bis zum vollständigen
Stillstand. In der zentralen Fahrregelung 5, insbesondere
der in dieser integrierten Kupplungssteuerung 15, wird
dann ein Sollwert für
die Größe eines
zu erzeugenden Bremsmomentes MBrems-Soll an
der hydrodynamischen Kupplung 13 vorgegeben. Über die
der hydrodynamischen Kupplung 13 zugeordnete Steuer- und/oder
Regeleinrichtung 20 wird dann in Abhängigkeit des gewünschten
zu erzeugenden Bremsmomentes MBrems-Soll die Stellgröße Y13 zur Ansteuerung der Stelleinrichtung 34 gebildet.
Auch hier fungiert als Stellgröße der Füllungsgrad
B oder beispielsweise der Druck im torusförmigen Arbeitsraum zwischen
dem als Rotor fungierenden Pumpenrad P und dem als Stator bei fungierenden
Turbinenrad T. Ferner wird auch die Betätigung der dem Turbinenrad
T zugeordneten Bremseinrichtung über
die Kupplungssteuerung 15 eingestellt. Nach Einstellung
des Füllungsgrades
B oder des Druckes erfolgt eine entsprechende Rückmeldung an die zentrale Fahrerregelung 5, d.h.
die zentrale Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 bzw. die
in diese integrierte Kupplungssteuerung 15.
-
Die 2b verdeutlicht
in schematisch vereinfachter Darstellung die Regelstrategie in einer zweiten
Betriebsphase, dem sogenannten Parallelbetrieb von hydrodynamischer
Kupplung 13 und schaltbarer Kupplung 14 in einem
erfindungsgemäßen Steuer-
und/oder Regelsystem 1. Die Leistung wird parallel über beide
Kupplungen 13 und 14 übertragen. Die Reibkupplung 14 wird
additiv zugeschaltet. Daraus wird ersichtlich, dass in Abhängigkeit
des Fahrerwunsches von der zentralen Fahrregelung 5, insbesondere
dem in dieser integrierten Kupplungsmanager 15, jeweils
Sollwerte für
das übertragbare Moment
MSoll-13 der hydrodynamischen Kupplung und MSoll-14 der schaltbaren Kupplung 14 gebildet
werden. Diese Sollwerte werden dann der der hydrodynamischen Kupplung 13 zugeordneten
Steuer- und/oder Regeleinrichtung 20 und der schaltbaren
Kupplung 14 zugeordneten Steuer- und/oder Regeleinrichtung 38 als
Eingangsgrößen zugeführt. Entsprechend
des einzustellenden Sollmomentes MSoll-13 wird
dabei eine Stellgröße Y13 zur Änderung
des Übertragungsverhaltens
durch Ansteuerung der Stelleinrichtung 34 der hydrodynamischen
Kupplung 13 gebildet. Ferner wird des Weiteren die Stellgröße Y14 für
die Kupplungsbetätigung
an die Stelleinrichtung 17 weitergeleitet. Beiden – der hydrodynamischen
Kupplung 13 und der schaltbaren Kupplung 14 – sind Erfassungseinrichtungen
zur Erfassung einer der das über
diese übertragbare
Moment MIst-13 bzw. MIst-14 wenigstens mittelbar
beschreibenden Größe zugeordnet.
Die erfassten Größen werden
dabei den Steuer- und/oder Regeleinrichtungen 20, 38 und über diese
der Kupplungssteuerung 15 zugeführt. Dabei erfolgt ein Vergleich
der aktuell ermittelten Istwerte MIst-14 für das mittels
der schaltbaren Kupplung 14 übertragene Moment mit dem Sollwert
MSoll-14 für das von der schaltbaren Kupplung 14 geforderte
zu übertragende
Moment und ferner ein Vergleich zwischen dem aktuell von der hydrodynamischen
Kupplung 13 übertragenen
Moment MIst-13 mit dem geforderten Sollwert MSoll-13 bzw. de Summe an diesen. Ergibt der
Vergleich keine Abweichung wird in Abhängigkeit der an den einzelnen Übertragungseinheiten – hydrodynamische
Kupplung 13 und schaltbare Kupplung 14 – übertragenen
aktuellen Momente die Ansteuerung der Verbrennungskraftmaschine 7 zugeordneten Stelleinrichtung
zur Anpassung an den Fahrerwunsch durch die zentrale Steuer- und/oder
Regeleinrichtung 19 freigegeben.
-
Die
Zuschaltung der schaltbaren Kupplung 14 erfolgt in dieser
Betriebsphase erfindungsgemäß additiv. Über den
in der Fahrregelung 5 integrierte Kupplungsmanager 15 erfolgt
dabei in Abhängigkeit des
Fahrerwunsches die Aufteilung auf die schaltbare Kupplung 14 und
hydrodynamische Kupplung 13. Dabei werden aus dem erforderlichen
Sollmoment MSoll-9 der über die Leistungsübertragungseinheit 9 übertragbaren
Momente bzw. einer Sollgröße für das über die
Leistungsübertragungseinheit 9 übertragbare
Sollmoment MSoll-9 die einzelnen über die
hydrodynamische Kupplung 13 und die schaltbare Kupplung 14 übertragbaren
Momente bestimmt. Dabei entspricht das über die hydrodynamische Kupplung 13 übertragbare
Sollmoment MSoll-13 dem maximal über diese übertragbaren
Moment Mmax-13. D. h. über die hydrodynamische Kupplung 13 wird
immer das theoretisch maximal mögliche
Moment in diesem Betriebszustand übertragen. Lediglich die Differenz
zum erforderlichen Sollmoment MSoll-9 wird über die
schaltbare Kupplung 14 übertragen.
Dieses Moment beträgt
MSoll-14 = MSoll-9 – Mmax-13. Dementsprechend beträgt die Stellgröße Y14 für
den Kupplungsweg S zwischen 100 und 0 %. Dies bedeutet, es wird
zumindest immer Leistung über
die hydrodynamische Kupplung 13 übertragen. Das Schließen der
schaltbaren Kupplung 14 erfolgt zusätzlich zur Leistungsübertragung über die
hydrodynamische Kupplung 13. Die Unterbrechung der Leistungsübertragung über die
hydrodynamische Kupplung 13 erfolgt in Abhängigkeit
eines Signales von der zentralen Fahrregelung 5. Diese
entscheidet, zu welchem Zeitpunkt die Überbrückungskupplung 24 als
schaltbare Kupplung 14 die Leistung allein überträgt.
-
In
der 2c ist dazu eine weitere Betriebsphase 3 wiedergegeben,
bei welcher die als Überbrückungskupplung 24 der
Anfahreinheit 10 fungierende schaltbare Kupplung 14 als
Schaltkupplung verwendet wird. Die Leistung wird dabei in dieser
Betriebsphase ausschließlich über diese
schaltbare Kupplung 14 übertragen.
Auf die zusätzliche
Betätigung von
Schaltelementen zur Einstellung der in Abhängigkeit des Fahrerwunsches
und/oder der fahrdynamischen Istgrößen und der Schaltphilosophie
erforderlichen Gangstufen wird hier nicht eingegangen. Die Ansteuerung
der Schaltelemente im Getriebe erfolgt dabei entsprechend vorgegebener
Steuerstrategien, welche in der Praxis sehr vielfältig ausgebildet sein
können,
weshalb an dieser Stelle keine allgemeine Aussage diesbezüglich getroffen
werden kann. Die Ansteuerung der Schaltelemente erfolgt jedoch parallel
oder mit zeitlichem Versatz zur schaltbaren Kupplung 14.
In Abhängigkeit
des Fahrerwunsches nach Einstellung oder Änderung des Fahrzustandes FZ
wird dabei ein Sollwert MSoll-14 für das übertragbare
Moment der schaltbaren Kupplung 14 gebildet. Die Bildung
der Stellgröße Y14 erfolgt in der in der zentralen Fahrregelung 5,
d.h. der ersten zentralen Steuer- und/oder Regelvorrichtung 4 integrierten
Kupplungssteuerung 38. Als Stellgröße fungiert beispielsweise
der Kupplungsweg S, welcher in einem Bereich zwischen 0 und 100
% liegen kann. Denkbar als Stellgröße und damit als eine die Stelleinrichtung
beeinflussende Größe ist ferner
ein Druck. Diese Stellgröße Y14 dient der Ansteuerung der Kupplungsbetätigung 16,
insbesondere der Stelleinrichtung 17. Das über die
als Reibkupplung ausgeführte
Kupplung übertragbare
Moment M ist dabei eine Funktion der zwischen den einzelnen Kupplungsscheiben
wirkenden Kräfte
und des Druckes, welcher wiederum vom Kupplungsweg S abhängig ist.
Es wird überwacht,
ob das erforderliche einzustellende Moment MSoll-14 tatsächlich eingestellt
wird. Dazu wird in Abhängigkeit
des Soll-Kupplungsweges S an der Stelleinrichtung 17 beispielsweise
der tatsächlich
eingestellte Kupplungsweg SIst ermittelt
an den in der zentralen Fahrregelung 5 integrierten Kupplungsmanager 15 über die
Kupplungssteuerung 38 zurückgeführt. Unter Berücksichtigung
des über die
schaltbare Kupplung 14 übertragbaren
Momentes wird dann von der Fahrregelung 5 die Ansteuerung
der Verbrennungskraftmaschine 7 entsprechend dem gewünschten
Fahrerwunsch vorgenommen. Zusätzlich
wird in dieser Betriebsphase der Sollwert für das übertragbare Moment über die
hydrodynamische Kupplung 13 gleich Null gesetzt.
-
Dies
bedeutet, daß der
Füllungsgrad
B, welcher dem übertragbaren
Moment direkt proportional ist, 0 % beträgt. Der Istwert für den Füllungsgrad
B wird dann überwacht
und kann zusätzlich
dem Kupplungsmanager 15 zugeführt werden.
-
- 1
- Steuer-
und Regelsystem
- 2
- Antriebsstrang
- 3
- Fahrzeug
- 4
- erste
Steuer- und/oder Regelvorrichtung
- 5
- zentrale
Fahrregelung
- 6
- Antriebsmaschine
- 7
- Verbrennungskraftmaschine
- 8
- Getriebebaueinheit
- 9
- Leistungsübertragungseinheit
- 10
- Anfahreinheit
- 11
- Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung
- 12
- Anfahrelement
- 13
- hydrodynamische
Kupplung
- 14
- schaltbare
Kupplung
- 15
- Kupplungsmanager
- 16
- Kupplungsbetätigung
- 17
- Stelleinrichtung
- 18
- Steuer-
und/oder Regelvorrichtung
- 19
- Steuer-
und/oder Regeleinrichtung
- 20
- Steuer-
und/oder Regeleinrichtung
- 21
- Einrichtung
zur Erfassung einer den Fahrerwunsch nach Änderung eines
-
- Fahrzustandes
wenigstens mittelbar beschreibenden Größe
- 22
- Ausgang
- 23
- Eingang
- 24
- Überbrückungskupplung
- 25
- Leistungszweig
- 26
- Leistungszweig
- 27
- Stelleinrichtung
- 28
- Motorsteuerung
- 29
- Vergleichseinrichtung
- 30
- Einrichtung
zur Erfassung der Istwerte
- 31
- Eingang
- 32
- Sollwertbildner
- 33
- Ausgang
- 34
- Stelleinrichtung
- 35
- Eingang
- 36
- Stellgrößenbildner
- 37
- Stellgrößenbildner
- E
- Eingang
der Leistungsübertragungseinheit
- A
- Ausgang
der Leistungsübertragungseinheit
- MSoll-13
- Sollwert
für das über die
hydrodynamische Kupplung zu übertragende
-
- Moment
- MSoll-14
- Sollwert
für das über die
schaltbare Kupplung zu übertragende
Moment
- MSoll-9
- Sollwert
für das über die
Leistungsübertragungseinheit
zu übertragende
-
- Moment
- MIst-13
- Istwert
des von der hydrodynamischen Kupplung übertragenen Momentes
- MIst-14
- Istwert
des über
die schaltbare Kupplung übertragenen
Momentes
- MIst-9
- Istwert
für das über die
Leistungsübertragungseinheit übertragene
-
- Moment
- P
- Pumpenrad
- T
- Turbinenrad
- FZ
- Fahrzustandsänderung
-
- B
Füllungsgrad
- S
- Kupplungsweg
- PSoll-6
- Sollwert
der von der Antriebsmaschine abzugebenden Leistung
- MSoll-6
- Sollwert
des von der Antriebsmaschine abzugebenden Momentes
- nSoll-6
- Sollwert
der Drehzahl der Antriebsmaschine
- Y6
- Stellgröße zur Leistungsregelung
Motor
- Y13
- Stellgröße zur Änderung
des Übertragungsverhaltens
der
-
- hydrodynamischen
Kupplung
- Y14
- Stellgröße zur Änderung
des Übertragungsverhaltens
der
-
- Überbrückungskupplung