DE19538308A1

DE19538308A1 - Verfahren zur Steuerung der Drehzahl einer Brennkraftmaschine während eines Schaltvorganges eines Schaltgetriebes

Info

Publication number: DE19538308A1
Application number: DE19538308A
Authority: DE
Inventors: Edgar Dipl Ing Bothe; Peter Dipl Ing Merk
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1994-10-27
Filing date: 1995-10-14
Publication date: 1996-05-02

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Drehzahl einer Brennkraftmaschine während eines Schaltvorganges eines Schaltgetriebes gemäß dem Oberbegriff des Patent anspruchs 1.

Für die Durchführung von Schaltvorgängen bei Kraftfahrzeugen mit mechanischen Schalt getrieben ist es bekannt, daß zum Einleiten einer Hoch- oder Rückschaltung das Kupp lungspedal getreten und damit die zwischen dem Getriebe und der Brennkraftmaschine an geordnete Fahrkupplung geöffnet, und das Fahrpedal in seiner Auslenkung zurückge nommen wird. Zum Rückschalten wird der neue Gang mechanisch vom Fahrer eingelegt sowie das Kupplungspedal anschließend zurückgenommen und das Fahrpedal wieder aus gelenkt. Für ein komfortables Einkuppeln muß die Gleichheit von Motor- und Getriebeein gangswellendrehzahl erreicht werden. Wird diese Drehzahlsynchronität nicht erreicht, so wird durch ein Schleifen der Kupplung die Motordrehzahl auf die Drehzahl der Getriebeein gangswelle angepaßt, was letztlich ein hohes Bremsmoment in der Kupplung erzeugt das mit einem hohem Kupplungsverschleiß gleichzusetzen ist.

Ähnlich verhält es sich bei der Hochschaltung, bei der bei getretenem Kupplungspedal und zurückgenommenem Fahrpedal (geschlossener Drosselklappe) die Motordrehzahl schnell abfällt. Für ein komfortables Einkuppeln nach der mechanischen Schaltung müssen die Motordrehzahl und die Getriebeeingangswellendrehzahl im Einkuppelzeitpunkt nahezu gleich sein. Auch hier läßt sich die Synchronität selbst bei erfahrenen Fahrern nicht immer gewährleisten.

Vor diesem Hintergrund ist aus der DE-OS 39 37 302 ein Verfahren zum Schalten eines unsynchronisierten Klauen-Schaltgetriebes bekannt, mit dem unter anderem zur Herstellung der gewünschten Drehzahlsynchronität zwischen Brennkraftmaschine und Getriebe für ein Hochschalten kurzzeitig die Motordrehzahl durch automatisch gesteuerte bzw. geregelte Betätigung der Motorbremse und gleichzeitige Kraftstoffeinspritzmengenzurücknahme ge drosselt und für eine Rückschaltung die Motordrehzahl kurzzeitig durch insbesondere au tomatisch gesteuerte bzw. geregelte Kraftstoffeinspritzmengenerhöhung angehoben wer den. Anschließend werden bei sensormäßig erkannter Drehzahlsynchronität die für den Schaltvorgang relevanten Zahnräder des Schaltgetriebes in Wirkverbindung miteinander gebracht. Dabei ist allerdings die Kupplung zwischen dem Getriebe und der Brennkraftma schine ständig geschlossen.

In Kenntnis dieses Standes der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, für eine Antriebsanordnung mit einer Brennkraftmaschine und einem manuell betätigbaren Hand schaltgetriebe sowie einer zwischen der Brennkraftmaschine und dem Getriebe angeordne ten manuell betätigbaren Fahrkupplung ein Verfahren vorzustellen, mit dem die angespro chene Drehzahlsynchronität während Hoch- bzw. Rückschaltvorgängen automatisch ein stellbar ist. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruchs 1, während vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß während des Schaltvorgangs die Brenn kraftmaschinendrehzahl automatisch und damit unabhängig von der durch dem Fahrer durch die Fahrpedalauslenkung signalisierten Fahrleistungswunsch eingestellt wird. Die fahrgeschwindigkeitsabhängige Synchrondrehzahl zwischen Brennkraftmaschine und Ge triebe wird dabei von einer Steuerungseinrichtung während des Schaltvorgangs für eine vorbestimmbare Zeitspanne durch Einflußnahme auf das Leistungsstellglied (Drosselklappe) eingestellt und gehalten. Nach dem Einkuppeln des neues Ganges folgt die Steuerung dann wieder der Drehzahl- bzw. Leistungsvorgabe durch das Fahrpedal. Sofern die Steuerungseinrichtung durch entsprechende Sensorinformationen (Gangwahlhebelsensor, Fahrpedalsensor) erfährt, daß der Schaltvorgang abgebrochen und in den bisherigen Gang zurückgekehrt werden soll, wird die Drehzahl auf die durch die Fahrpedalstellung und der aktuellen Fahrsituation vorgegebenen Motordrehzahl zurückge führt.

Die Erfindung läßt sich anhand eines Ausführungsbeispiels erläutern, zu dem auch die der Beschreibung beigefügte Zeichnung genutzt werden kann. Darin zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Antriebsanordnung,

Fig. 2 ein Hochschaltdiagramm mit dem Drehzahlverlauf der Brennkraftmaschine und den Verlauf des Betätigungszustandes des Fahrpedals bei einem ungeregelten Hochschaltvorgang,

Fig. 3 ein Diagramm gemäß Fig. 1, jedoch mit geregeltem Hochschaltvorgang,

Fig. 4 eine Darstellung wie in Fig. 2, jedoch für einen Rückschaltvorgang, und

Fig. 5 eine Darstellung wie in Fig. 3, jedoch für einen Rückschaltvorgang.

In Fig. 1 ist mit den Bezugszeichen 1 eine Brennkraftmaschine bezeichnet, deren Kurbel welle 2 mit einer mechanisch durch eine Kupplungspedalbetätigung aktivierbare Fahrkupp lung 3 verbunden ist. Ebenfalls mit dieser Kupplung 3 ist die Getriebeeingangswelle 4 eines mechanisch schaltbaren Schaltgetriebes 5 verbunden, das seinerseits über eine Getriebe ausgangswelle 6 mit einem Differentialgetriebe 7 in Verbindung steht. Von diesem Differen tialgetriebe 7 gehen Achswellen 9 zu den anzutreibenden Fahrzeugrädern 10 ab. Dieser Antriebsanordnung ist ein Steuergerät 11 zugeordnet, das über gestrichelt dargestellte Steuer- oder Sensorleitungen mit Sensoren und Stellgliedern in der Antriebsanordnung ver bunden ist. Dieses Steuergerät 11 ist so mit einem Stellglied an der Drosselklappe 13 oder der Kraftstoffeinspritzpumpe der Brennkraftmaschine 1 verbunden, während ihm durch ei nen Sensor 14 die Position des Gangwahlhebel 12 des Getriebes 5 und/oder mittels eines Drehzahlsensors 17 die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 4 mitgeteilt wird. Mit Hilfe der Drehzahlsensoren 15, 8 werden die Drehzahlen der Kurbelwelle 2 und der Getriebeein gangswelle 6 ermittelt. Über einen Sensor 16 wird das Steuergerät über den Betätigungs zustand der Kupplung 3 in Kenntnis gesetzt. Schließlich ist ein Stellwinkelsensor 19 am Fahrpedal 18 vorgesehen, der dem Steuergerät die aktuelle Fahrpedalauslenkung übermit telt.

Im normalen Fahrbetrieb wird mit dem Fahrpedal 18 über den Sensor 19 dem Steuergerät 11 der Leistungswunsch des Fahrers des Kraftfahrzeugs mitgeteilt und in ein Stellwertsignal für das Stellmittel an der Drosselklappe 13 oder der Kraftstoffeinspritzpumpe an der Brenn kraftmaschine signalisiert. Wird mit Hilfe der Sensoren 16 (Betätigung der Kupplung 3) und 14 (Betätigung des Gangwahlhebels 12) oder 16 (Betätigung der Kupplung 3) und 17 (Drehzahländerung der Getriebeeingangswelle 4) die Einleitung eines Gangwechsels fest gestellt, so wird für den Zeitraum des Schaltvorganges das Signal des Sensors 19 über die Fahrpedalstellung von dem Steuergerät ignoriert und von diesem in Abhängigkeit von dem ermittelten Hoch- oder Rückschaltwunsch und der gerade gegebenen Fahrgeschwindigkeit durch entsprechende Betätigung der Drosselklappe 13 oder der Kraftstoffpumpe an der Brennkraftmaschine die Motordrehzahl eingestellt, die zur Erzielung einer Drehzahlsyn chronität zwischen Kurbelwelle 2 und der Getriebeeingangswelle 4 notwendig ist. Bei Er reichen dieser Synchrondrehzahl wird diese Kurbelwellendrehzahl für einen zuvor festge legten Zeitraum t_H gehalten. Sofern innerhalb dieses Zeitraumes der angewählte Gang beibehalten und das Kupplungspedal zum Schließen der Kupplung 3 zurückgenommen wird, wird die automatisch durchgeführte Drehzahlsteuerung der Brennkraftmaschine 1 be endet und zur weiteren Steuerung des Leistungsstellgliedes 13 an der Brennkraftmaschine erneut das Signal des Stellwinkelgebers 19 am Fahrpedal 18 herangezogen.

Für den Fall, daß während dieser Haltezeit t_H der Gangwahlhebel 12 in die Leerlaufposition gelegt oder in den alten Gang zurückgeführt wird, steuert das Steuergerät 11 über Einfluß nahme auf das Leistungsstellglied 13 der Brennkraftmaschine 1 die Drehzahl dieses Motors auf das durch die Fahrgeschwindigkeit (Getriebeeingangswellendrehzahl) und die Fahrpe dalstellung signalisierte Niveau zurück, um dann anschließend die Brennkraftmaschine im konventionellen Modus durch die durch das Signal des Sensors 19 über Fahrpedalauslen kung zu beeinflussen.

Zur Erläuterung dieser Zusammenhänge ermöglichen die Fig. 2 und 3 sowie 4 und 5 ei nen Vergleich der Verläufe der Motordrehzahl und des Betätigungszustandes des Fahrpe dals über die Zeit bei Hoch- bzw. Rückschaltvorgängen. Dabei ist in Fig. 2 ein Hochschalt vorgang dargestellt, wie er sich bei Antriebsanordnungen nach dem Stand der Technik mit direkter mechanischer Verbindung zwischen dem Fahrpedal und dem Leistungsstellglied an der Brennkraftmaschine, das heißt ohne Drehzahlregelung während des Schaltvorganges, darstellt. Darin zeigt die Kurve NM den Verlauf der Motordrehzahl über die Zeit, während die Kurve F den Betätigungszustand des Fahrpedals 18 wiedergibt. In dieser Darstellung wird im Zeitpunkt t₁ zum Beginn der Hochschaltung die Fahrkupplung 3 durch Niedertreten des Kupplungspedals geöffnet um den Kraftschluß zwischen Brennkraftmaschine und Getriebe zu unterbrechen. Gleichzeitig wird das Fahrpedal in seiner Auslenkung zu rückgenommen und anschließend der Gangwechsel durch Betätigung des Gangwahlhebels 12 mechanisch vollzogen. Wegen des zurückgenommenen Fahrpedals und der geöffneten Kupplung sinkt die Motordrehzahl NM schnell ab, bis sie im Zeitpunkt t₂ die Synchrondreh zahl NS erreicht hat. In Abhängigkeit von der Schalterfahrung des das Kraftfahrzeug bedie nenden Fahrers vergeht eine mehr oder weniger lange Zeit (t₂ bis t₃) bis der Fahrer im Zeitpunkt t₃ die Kupplung schließt und das Fahrpedal erneut auslenkt. In diesem ange sprochenen Zeitraum sinkt die Motordrehzahl NM unter die Synchrondrehzahl NS ab, so daß der Schaltvorgang unter Inkaufnahme eines mehr oder weniger großen Bremsmomen tes sowie mit dem damit einhergehenden Kupplungsverschleiß abläuft.

Wie Fig. 3 entnehmbar ist, treten bei einem erfindungsgemäß gesteuerten Hochschaltvor gang derartige zusätzliche Bremsmomente und Reibungsverluste nicht auf. Auch hier be ginnt im Zeitpunkt t₄ der Schaltvorgang durch Betätigen des Kupplungspedals und Öffnen der Kupplung 3 sowie durch die Zurücknahme des Fahrpedals. Der anschließende Abfall der Motordrehzahl NM geht allerdings nur bis zum Erreichen der Synchrondrehzahl NS im Zeitpunkt t₅. Bei Erreichen dieser Synchrondrehzahl übernimmt die Steuervorrichtung 11 die Drehzahlsteuerung der Brennkraftmaschine 1 in der vorbeschriebenen Art, so daß wäh rend des Zeitintervalls t₅-t₆ die Motordrehzahl NM auf Synchrondrehzahlniveau gehalten wird.

Sofern während dieses Zeitintervalls t_H der Schaltvorgang durch den Fahrer des Kraftfahr zeuges durch Zurücknahme des Kupplungspedales und Schließen der Kupplung 3 erfolg reich abgeschlossen wird, kann durch die anschließende Fahrpedalbetätigung (Kurve F) die Motordrehzahl NM wieder fahrpedalstellungsabhängig gesteuert werden.

Für den Fall das bis zum Ende des Zeitintervalles t_H, also bis zum Zeitpunkt t₆ die Kupp lung 3 nicht geschlossen ist, oder der Gangwahlhebel in die Leerlaufposition zurückgestellt wurde, übernimmt das Steuergerät 11 die weitere Absenkung der Motordrehzahl auf das der Fahrpedalstellung entsprechende Niveau (Kurve NM′). Sofern der Gangwahlhebel in eine andere Gangposition gelegt wurde, übernimmt das Steuergerät 11 die geregelte An passung der Motordrehzahl NM auf das neue zugehörige Synchrondrehzahlniveau.

In Fig. 4 ist der Motordrehzahlverlauf NM und der Verlauf der Fahrpedalbetätigung F für einen Rückschaltvorgang dargestellt, wie er bei Antriebsanordnungen mit einer direkten Verbindung zwischen dem Fahrpedal 18 und dem Leistungsstellglied 13 der Brennkraft maschine 1 typisch ist. Hier wird zur Einleitung einer Rückschaltung im Zeitpunkt t₇ die Rückschaltung durch Betätigung des Kupplungspedals und Öffnen der Kupplung 3 sowie durch die Rücknahme der Fahrpedalauslenkung eingeleitet. Für den Fall, daß der Fahrer im Zeitraum t₇ bis t₁₁ kein Zwischengas für den Rückschaltvorgang gibt, erfolgt zunächst ein Abfall der Motordrehzahl NM, bis der neue Gang mechanisch eingelegt und die Kupplung 3 im Zeitpunkt t₉ geschlossen ist. Vom Beginn des Kupplungsschließens an reißt die Kupplung die Drehzahl der Brennkraftmaschine auf das Synchrondrehzahlniveau NS her auf, das im Zeitpunkt t₁₁ erreicht wird, und ab dem die Fahrpedalauslenkung dann gege benenfalls zu einem weiteren Anstieg der Motordrehzahl führt. Ein derartiges Schaltverhal ten bedeutet aber, daß die Motordrehzahl über das Schleifen der Kupplung an die Syn chrondrehzahl angepaßt werden muß, was wiederum eine starke Bremskraft auf den Fah rer ausübt und den Kupplungsverschleiß ungünstig beeinflußt.

Für den Fall das der Fahrer im Zeitintervall t₇ bis t₁₁ Zwischengas gibt (gestrichelte Kurve NM′) kann die Drehzahlsynchronität im Zeitpunkt t₁₁ erreicht werden. Der Einkuppelvor gang muß aber innerhalb eines sehr kurzen Zeitraumes erfolgen, was in der Regel nur sehr erfahrenen Fahrern gelingt.

In Fig. 5 ist dagegen der Drehzahlverlauf NH der Brennkraftmaschine dargestellt, wie er sich bei Anwendung des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens ergibt. Auch hier wird in einem Zeitpunkt t₁₂ die Kupplung 3 durch Betätigen des Kupplungspedals geöffnet und das Fahrpedal in seiner Stellung zurückgenommen. Gibt der Fahrer nach Einleitung der Rückschaltung Gas, bzw. läßt er das Fahrpedal in seiner Position stehen, so wird dies vom Steuergerät 11 ignoriert und die Motordrehzahl für ein Zeitraum t_H unabhängig von der Fahrpedalstellung durch das Steuergerät 11 zur Synchrondrehzahl des neuen Zielganges gebracht und dort gehalten. Kuppelt der Fahrer in dieser Phase ein, so wird ein optimaler Schaltkomfort erreicht. Eine in diesem Zeitraum beispielsweise im Intervall t₁₅ bis t₁₆ durchgeführte weitere Fahrpedalauslenkung F′ wird nicht an das Leistungsstellglied 13 der Brennkraftmaschine 1 weitergeleitet.

Durch die vorangegangene Darstellung wird deutlich, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren die Anforderungen an den Fahrer bezüglich der Koordination von Fahrpedalstel lung und Kupplungsbetätigung während einer Schaltung eines mechanischen Schaltgetrie bes stark vermindert und der Fahrkomfort deutlich anhebbar ist. Zudem wird die thermische Belastung der Kupplung deutlich verringert, was zur Erhöhung deren Lebensdauer beiträgt.

Claims

1. Verfahren zur Drehzahlsteuerung einer über eine Kupplung mit einem Schaltgetriebe verbindbaren Brennkraftmaschine, vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug, wobei zur Drehzahlsteuerung ein Steuergerät vorgesehen ist,
welches mittels eines Sensors die Auslenkung des Fahrpedals ermittelt,
welches an ein Leistungsstellglied an der Brennkraftmaschine ein Stellsignal abgibt,
welches von einem Gangsensor eine Information über den gerade angewählten oder eingelegten Getriebegang erhält,
welches von einem Kupplungssensor eine Information über den Betätigungszustand der Kupplung erhält, und
welches von Drehzahlsensoren die Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Getrie beeingangswelle zur Verfügung gestellt bekommt, bei dem die Drehzahl der Brennkraftmaschine bei durch Öffnen der Kupplung ausge lösten Schaltvorgängen des Getriebes selbsttätig und unter Vernachlässigung der vom Fahrer signalisierten Fahrpedalstellung in Abhängigkeit von dem angewählten oder eingelegten Getriebegang und von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges auf die jeweilige Synchrondrehzahl gebracht wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehzahl der Brennkraftmaschine nach Erreichen der Synchrondrehzahl eine zuvor festgelegte Zeitspanne auf dieser Synchrondrehzahl gehalten wird, daß bei innerhalb dieser Zeitspanne wieder geschlossener Kupplung die Brennkraft maschine wieder dem von dem Fahrpedal signalisiertem Drehzahl- bzw. Leistungs wunsch folgt und
daß bei nach Ablauf dieser Zeitspanne nicht geschlossener Kupplung oder in die Leerlaufposition gelegten Ganghebel die Drehzahl der Brennkraftmaschine auf das von dem Fahrpedal signalisierten Drehzahlniveau zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitspanne vorzugs weise 200 bis 500 Millisekunden beträgt.