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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.
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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 schaltbare 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 Schaltstufen 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.
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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.
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Zum druckschriftlichen Stand der Technik wird verwiesen auf
DE 29 14 614 A1 ,
DE 101 21 148 A1 ,
DE 101 04 813 A1 und
DE 39 06 835 A1 .
DE 29 14 614 A1 offenbart eine Einrichtung für den Antrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Straßen- oder Schienenfahrzeugs, mit mindestens einem Antriebsmotor und nachgeordnetem Getriebe, das eine hydrodynamische Kupplung und/oder einen hydrodynamischen Drehmomentwandler aufweist, wobei eine Steuer- und/oder Regelschaltung vorgesehen ist, die die Funktion einer zentralen Fahrregelung aufweist und die neben dem Motor auch den hydrodynamischen Drehmomentwandler/Kupplung ansteuert. Eine Schaltsteuereinrichtung liefert Schaltsignale und Steuersignale, um die Gangstufen im Getriebe einzustellen.
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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.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 10 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils in den Unteransprüchen beschrieben.
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Das erfindungsgemäß gestaltete Steuer- und/oder Regelsystem dient zur Ansteuerung von Einzelkomponenten in Antriebssträngen für Fahrzeuge, umfassend eine Antriebsmaschine, 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In Analogie gelten diese Ausführungen auch für den dritten Betriebszustand, den Parallelbetrieb.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 , M Soll-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.
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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.
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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.
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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.
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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-9 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 M Brems-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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bezugszeichenliste
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| 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 |
