DE19616960A1 - Einrichtung zur automatischen Kupplungseinstellung während Anfahr- und/oder Gangwechselvorgängen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur automati­ schen Einstellung einer im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit Verbrennungsmotor angeordneten Kupplung während Anfahr­ und/oder Gangwechselvorgängen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Neben Einrichtungen dieser Art, bei denen die Motordrehzahlrege­ lung eine geeignete Dosierung der Kraftstoffeinspritzung und da­ mit des Verbrennungsmoments beinhaltet, sind Einrichtungen be­ kannt, welche zur Regelung der Drehzahl des Verbrennungsmotors auf einen vorgegebenen Wert während eines Anfahrvorgangs das Drehmoment der Kupplung als Stellgröße verwenden, um die vorge­ gebene Motordrehzahl unabhängig von dem über das Fahrpedal vor­ gegebenen Motormoment zu erzwingen. Eine solche Einrichtung ist beispielsweise in der Patentschrift DE 34 04 156 C2 beschrieben.

In Fig. 2 sind die wesentlichen Elemente einer solchen Einrich­ tung im Blockschaltbild wiedergegeben. Eine Kennfeldeinheit (1) wertet die Stellung eines Fahrpedals (2) aus und bestimmt damit die Einspritzmenge für einen Dieselmotor (3) sowie die Solldreh­ zahl als gewünschte Anfahrdrehzahl für den Anfahrvorgang. Diese Anfahrdrehzahl dient als Führungsgröße für einen Kupplungsregler (4), dem als Regelgröße über einen Drehzahlsensor (5) die Motor­ drehzahlinformation zugeführt ist. Der Kupplungsregler (4) steu­ ert eine Kupplungsstelleinheit (6) so an, daß die gewünschte An­ fahrdrehzahl erhalten wird. Problematisch sind bei diesem Ver­ fahren die erheblichen Anforderungen an die Schnelligkeit der Kupplungsstelleinheit (6) und an die Schnelligkeit der Signal­ übertragung, um bei der hohen Dynamik der Motordrehzahlregelung ein stabiles Regelverhalten, einen akezptabel geringen Drehzahl­ fehler und eine feinfühlige Dosierbarkeit des Anfahrmoments zu erreichen. Für den Fahrer ist zudem nicht die Motordrehzahlrege­ lung das primäre Ziel, sondern die Dosierung des Anfahrmomentes, d. h. der Anfahrbeschleunigung, was ihm bei dieser bekannten Ein­ richtung indirekt über die Drehzahlregelung ermöglicht werden soll, da zur Konstanthaltung der Motordrehzahl die Kupplung ge­ nau dasjenige Moment übertragen muß, das der Fahrer als Motormo­ ment mit dem Fahrpedal vorgibt.

Demgegenüber beruhen die Arbeitsweisen bekannter Einrichtungen der eingangs genannten Art auf einem anderen Prinzip. Eine sol­ che Einrichtung ist in Fig. 3 dargestellt. Bei dieser Einrich­ tung wertet die fahrpedalbezogene Kennfeldeinheit (1) die Stel­ lung des Fahrpedals (2) einerseits zur Gewinnung der gewünschten Anfahrdrehzahl als Solldrehzahl und andererseits zur Vorgabe ei­ nes Schließwegs für die Kupplungsstelleinheit (6) aus, welche dann mit einem Kupplungsmoment auf den Motor (3) einwirkt, das so dosiert ist, daß die gewünschte Anfahrbeschleunigung ein­ tritt. Die Motordrehzahlregelung regelt die sich dadurch erge­ bende Störgröße durch geeignete Nachführung des Verbrennungsmo­ ments des Motors (3) aus, wozu ein Einspritzmengenregler (7) die Einspritzmenge in Abhängigkeit von der gewünschten Anfahrdreh­ zahl und der über den Drehzahlsensor (5) gewonnenen Motordreh­ zahlinformation bestimmt.

Vorteilhaft ist bei dieser Vorgehensweise, daß zur Erzielung ei­ ner guten Stabilität und Dynamik des Motordrehzahlregelkreises vorhandene schnelle Stellglieder, welche die Einspritzmenge do­ sieren, verwendet werden und nicht die viel langsamer reagieren­ de Kupplungsstelleinheit. Auch die Signalverarbeitung läuft in der Regel schneller ab, weil die zeitkritischen Meßgrößen be­ reits Bestandteil des Motormanagements sind. Eine feinfühlige Dosierbarkeit des Anfahrmoments ist durch den direkten Zugriff des Fahrpedals auf die Kupplungsstelleinrichtung gegeben, weil der Umweg über die Drehzahlregelung entfällt. Problematisch ist bei dieser Vorgehensweise jedoch, daß insbesondere bei einer niedrigen geregelten Anfahrdrehzahl die Gefahr besteht, daß der Motor zum Stillstand kommt, wenn er durch zu hohe Kupplungsmo­ mente, sei es auch nur kurzzeitig, überfordert wird. Gerade eine niedrige Anfahrdrehzahl ist aber erwünscht, um andererseits die Reibarbeit in der Kupplung gering zu halten und so den Belagver­ schleiß und den Kraftstoffverbrauch sowie das Motorgeräusch ge­ ring zu halten. Nicht zufriedenstellend gelöst ist bei diesem Verfahren auch das Übergangsproblem, das sich ergibt, wenn nach Abschluß des Anfahrvorgangs das Fahrpedal wieder seine ursprüng­ liche Funktion der Vorgabe des Verbrennungsmoments erhält, wobei zum zuletzt vorhandenen Kupplungsmoment ein erheblicher Unter­ schied bestehen kann, der sich in einem unkomfortablen Über­ gangsruck äußern kann. Eine weitere Schwierigkeit bei diesen Einrichtungen entsteht durch die ungenaue und je nach Betriebs­ bedingung, einschließlich Kupplungstemperatur, wechselhafte Zu­ ordnung zwischen dem Ausrückweg der Kupplung entsprechend der Vorgabe durch das Fahrpedal und dem von ihr übertragenen Moment.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Einrichtung der eingangs genannten Art zugrunde, mit denen unter Vermeidung der oben genannten Schwierigkeiten herkömmli­ cher derartiger Einrichtungen vergleichsweise komfortable An­ fahr- und/oder Gangwechselvorgänge erzielbar sind.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese Einrichtung baut auf den oben genannten, bekannten Einrichtungen mit Motor­ drehzahlregelung durch Verbrennungsmomenteinstellung auf. Zu­ sätzlich ist jedoch ein weiterer Regelkreis vorgesehen, mit dem das Kupplungsmoment auf einen aus der Fahrpedalstellung abgelei­ teten Sollwert eingeregelt wird, durch dessen Vorgabe der Fahrer bei Anfahrvorgängen das Anfahrmoment wunschgemäß gestalten kann. Da der Istwert des Kupplungsmomentes meßtechnisch nur sehr auf­ wendig erfaßt werden kann, wird er zweckmäßigerweise aus einem vom Dieselmotor abgeleiteten Rückführmoment gewonnen, welches dem momentanen Motordrehmoment unter eventueller Schwungmoment­ korrektur entspricht. Da durch den Motordrehzahlregelkreis der Motor über die Dosierung der Kraftstoffeinspritzung auf eine konstante Drehzahl geregelt wird, entsprechen die zur Konstant­ haltung dieser Motordrehzahl erforderlichen Motormomente im we­ sentlichen den lastseitig vorhandenen Kupplungsmomenten, was um so genauer gilt, je konstanter die Drehzahl eingehalten wird. Bei eventuell auftretenden Drehzahländerungen tritt entsprechend dem Massenträgheitsmoment des Motors zusätzlich ein Schwungmo­ ment auf, das in Verbindung mit der Drehmasse aus dem Drehzahl­ gradient gewonnen und zur Kupplungsmomentregelung zusätzlich be­ rücksichtigt werden kann, was die Genauigkeit und Stabilität der Regelung erhöht.

Durch die Kupplungsmomentregelung ist einer jeweiligen Fahrpe­ dalstellung unabhängig von Störgrößen, wie Kupplungstemperatur und -verschleiß sowie Unzulänglichkeiten im hydraulischen Stell­ weg-Übertragungssystem durch Verlust oder Zugewinn an Flüssig­ keitsmengen, im Ergebnis stets das gleiche Kupplungsmoment zuge­ ordnet. Damit wird die beim herkömmlichen Verfahren mit Motor­ drehzahlregelung durch Verbrennungsmomenteinstellung vorliegen­ de, oben genannte Schwierigkeit hinsichtlich wechselhafter Zu­ ordnung vermieden. Der Motor kann dadurch bis nahe an seine Mo­ mentgrenze belastet werden, ohne Gefahr zu laufen, daß er aus­ geht. Auch das oben angesprochene, bei den herkömmlichen Ein­ richtungen dieser Art auftretende Übergangsproblem vom Schleif­ bereich in den schlupffreien Kupplungszustand läßt sich erfin­ dungsgemäß dadurch beseitigen, daß in den beiden genannten Zu­ ständen bei gleicher Fahrpedalstellung das gleiche Drehmoment über die Kupplung übertragen wird. Dazu werden die Sollwerte für die Momentregelung auf identische Weise aus der Fahrpedalstel­ lung abgeleitet, wie sich die Drehmomente des Motors entspre­ chend dem Motorkennfeld aus der Fahrpedalstellung im Fahrbetrieb bei schlupffreier Kupplung ergeben. Bei gegebener Fahrpedalstel­ lung überträgt die Kupplung im Schleifbereich, also z. B. beim Anfahren, das gleiche Drehmoment, welches der Motor in der an­ schließenden schlupffreien Kupplungsphase entwickeln wird.

Da durch die Momentregelung zu jedem Zeitpunkt innerhalb der Schleifphase der Kupplung der Ausrückweg automatisch auf den Wert eingeregelt wird, der das angeforderte Kupplungsmoment er­ gibt, erübrigt sich im allgemeinen ein Abgleichvorgang, durch den beispielsweise im Neuzustand des Fahrzeugs die Zuordnung zwischen Ausrückweg und Kupplungsmoment ermittelt wird. Jeden­ falls läßt sich ein solcher Abgleichvorgang zumindest auf wenige Eckwerte, wie Anrollpunkt, Kupplung offen und Kupplung zu, be­ schränken. Im Gegensatz dazu sind bei den oben angegebenen be­ kannten Einrichtungen derartige Abgleichkennlinien in der Regel erforderlich, um die notwendige Schnelligkeit und Genauigkeit der Steuer- bzw. Regelvorgänge zu erzielen.

In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 liefern Ma­ ximaldrehmoment-Bestimmungsmittel, die beispielsweise integrier­ ter Bestandteil einer unter anderem zur Motordrehzahlregelung und zur Erfassung des Motormomentes, gegebenenfalls einschließ­ lich Schwungmoment, dienenden Motormanagementeinheit sind, zu­ sätzlich ein Signal, welches dasjenige momentane Motordrehmoment repräsentiert, das bei maximaler Aussteuerung der Kraftstoffein­ spritzung erreichbar wäre und von Zustandsgrößen wie Drehzahl, Ladedruck, Temperatur usw. abhängen kann. Dieses Signal wird ei­ nem Begrenzer zugeführt, der damit den Sollwert für den Kupp­ lungsmomentregelkreis gegebenenfalls auf einen Wert begrenzt, den der Motor gerade noch aufbringen kann, ohne daß er durch Überlastung zum Stillstand kommt. Das Ausgehen des Motors kann beispielsweise dadurch zuverlässig vermieden werden, daß das Sollmoment durch den Begrenzer auf ca. 90% des möglichen Maxi­ malmomentes begrenzt wird. Als Regler für den Motordrehzahlre­ gelkreis kann ein vorhandener Leerlaufregler verwendet werden, der auch schon bei Fahrzeugen ohne automatische Kupplungsein­ stellung vom Fahrer zum Anfahren benutzt werden kann. Dadurch läßt sich beim Anfahren eine niedrige Anfahrdrehzahl im Bereich der Leerlaufdrehzahl erreichen, wodurch der Belagverschleiß und der Kraftstoffverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Einrich­ tungen merklich verringert werden. Mit der solchermaßen weiter­ gebildeten Einrichtung wird zudem das theoretisch erzielbare An­ fahrmoment besser ausgenutzt.

In Weiterbildungen der Erfindung nach Anspruch 3 bzw. Anspruch 4 finden zusätzlich Schwungmomente Berücksichtigung, was besonders für Gangwechselvorgänge von Bedeutung ist. Mit dergestalt wei­ tergebildeten Einrichtungen kann auch bei Gangwechselvorgängen die Kupplung so betätigt werden, daß sie zur Drehzahlangleichung des Motors an die Getriebeeingangsdrehzahl in einem neuen Gang ein vorgebbares Moment überträgt. Eine solche Drehzahlanglei­ chung kann insbesondere bei Hochschaltvorgängen zweckmäßig wer­ den, weil der Motor aufgrund seines Schleppmoments auch bei Zu­ hilfenahme einer Motorbremse die neue, niedrigere Zieldrehzahl in bestimmten Fahrsituationen nicht schnell genug erreicht. Durch die Drehzahlangleichung wird bereits in der Angleichphase ein Moment in den Triebstrang übertragen und dadurch die Zeit der Zugkraftunterbrechung nach Abschluß des Getriebeschaltvor­ gangs verkürzt. In gleicher Weise eignet sich eine solchermaßen weitergebildete Einrichtung für Rückschaltvorgänge, wenn die Energie zur Drehzahlangleichung aus der kinetischen Fahrzeug­ energie entnommen werden soll, beispielsweise zum Abbremsen des Fahrzeugs.

Diese Drehzahlangleichung wird dadurch erreicht, daß die Moment­ regelung prinzipiell auch in diesen Fällen die Kupplung auf das gewünschte Reibmoment einregelt. Da aber z. B. im Fall der Dreh­ zahlverringerung bei Nullförderung, d. h. einem Hochschaltvor­ gang, der Motor kein durch Kraftstoffverbrennung bewirktes Ver­ brennungsmoment entwickelt, ergibt sich das Kupplungsmoment in diesem Fall allein aus dem um das Reibmoment, d. h. Schleppmo­ ment, des Motors verringerten Schwungmoment, da allgemein das Motormoment der Differenz zwischen Verbrennungsmoment und Schleppmoment entspricht, während die Summe aus Motormoment und Schwungmoment das Gesamtmoment bildet, welches das von der Kupp­ lung in den Triebstrang eingekuppelte Moment darstellt. Dement­ sprechend wird bei der diesbezüglich weitergebildeten Einrich­ tung das Schwungmoment zusätzlich zum Motormoment bei der Er­ mittlung des Gesamtmoment-Istwertes berücksichtigt. Sind die Drehzahlen von Motor und Getriebeeingang ganz oder nahezu anein­ ander angeglichen, so ist die Momentregelung der Kupplung been­ det, und die Kupplung kann in gesteuerter Weise schnell und vollständig geschlossen werden. Gleichzeitig wird zur Fortset­ zung des Fahrbetriebs das Drehmoment des Dieselmotors wieder über das Fahrpedal beeinflußbar. Dieser Übergang kann auch über­ lappend gestaltet werden, so daß er beim Vorhandensein von Ver­ zögerungen in den Regelkreiskomponenten besser kontrollierbar wird. Beispielsweise kann damit ein kurzzeitiger Momenteinbruch verhindert werden, der ansonsten dadurch entsteht, daß der Motor nicht sofort nach dem Verschwinden der Drehzahldifferenz das für einen stetigen Übergang notwendige Moment zur Verfügung stellen kann. Mit anderen Worten wird in diesem Fall schon während der Schleifphase der Kupplung damit begonnen, ein Verbrennungsmoment einzusteuern. Bei einem Rückschaltvorgang ergibt sich das Motor­ moment ebenfalls wieder aus dem eventuell vorhandenen Verbren­ nungsmoment, dem Schwungmoment und dem Schleppmoment.

Nachfolgend beschriebene Ausführungsformen der Erfindung sowie die zu deren besserem Verständnis oben beschriebenen, herkömmli­ chen Einrichtungen sind in den Zeichnungen dargestellt, in denen zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung zur automatischen Ein­ stellung einer im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit Verbrennungsmotor angeordneten Kupplung,

Fig. 2 eine herkömmliche Einrichtung zur automatischen Einstel­ lung einer im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit Verbrennungsmotor angeordneten Kupplung mit Motordreh­ zahlregelung unter Verwendung des Kupplungsmomentes als Stellgröße,

Fig. 3 eine herkömmliche Einrichtung zur automatischen Einstel­ lung einer im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit Verbrennungsmotor angeordneten Kupplung mit Motordreh­ zahlregelung durch Verbrennungsmomenteinstellung,

Fig. 4 eine Blockdiagrammdarstellung eines Fahrzeugs, in welchem eine Einrichtung gemäß Fig. 1 implementierbar ist,

Fig. 5 eine erfindungsgemäße Einrichtung zur automatischen Ein­ stellung einer im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit Verbrennungsmotor angeordneten Kupplung, insbesondere während Gangwechselvorgängen, und

Fig. 6 eine Einrichtung ähnlich Fig. 5, jedoch mit Verbrennungs­ momentaufbau schon vor Beendigung der Kupplungsschleif­ phase.

Fig. 4 zeigt in Blockdiagrammform die wichtigsten Komponenten eines Kraftfahrzeuges, die zur Implementierung von Einrichtungen der erfindungsgemäßen Art Verwendung finden. Das Kraftfahrzeug beinhaltet einen Verbrennungsmotor (8), z. B. einen Dieselmotor, der über eine Kupplung (9) mit einem Getriebe (10) mechanisch kuppelbar ist. Der Ausrückweg der Kupplung (9) wird von einer Kupplungsstelleinheit (11) entsprechend einem zugeführten Soll­ wert bestimmt. Die Getriebedrehzahl wird mittels eines zugehöri­ gen Drehzahlsensors (12) ermittelt. Eine Getriebemanagementein­ heit (13) dient zur Ansteuerung einer Schalteinrichtung für das Getriebe (10) entsprechend einer eingangsseitig zugeführten Sollganginformation und der vom Getriebe (10) erhaltenen Ist­ ganginformation. Eine Motormanagementeinheit (14) steuert die Kraftstoffeinspritzung in den Motor (8) in Abhängigkeit von ein­ gangsseitig zugeführten Informationen über das Sollmoment und die Solldrehzahl sowie der am Motor abgetasteten Drehzahlinfor­ mation.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung speziell in An­ wendung für Anfahrvorgänge. Diese Einrichtung basiert auf der herkömmlichen Einrichtung entsprechend Fig. 3, wobei für die funktionell übereinstimmenden Komponenten gleiche Bezugszeichen verwendet sind und insoweit auf die Beschreibung zur Fig. 3 ver­ wiesen werden kann. Gegenüber der Einrichtung von Fig. 3 ist die Einrichtung von Fig. 1 um einen Kupplungsmomentregelkreis erwei­ tert, der einen Drehmomentregler (15) umfaßt, welcher die Kupp­ lungsstelleinheit (6) ansteuert, die ein entsprechendes Bela­ stungsmoment als Triebstrangmoment (M_T) auf den verwendeten Die­ selmotor (3) ausübt. Dem Drehmomentregler (15), der eine Vor­ steuerung bis ca. 10% des Maximalmomentes vorzunehmen vermag, ist eine Kupplungsweginformation von der fahrpedalbezogenen Kennfeldeinheit (1) zur Vorsteuerung zuführbar. Die Kennfeldein­ heit (1) ermittelt des weiteren die zur jeweiligen Fahrpedal­ stellung gehörige Anfahrdrehzahl und das gewünschte Anfahrmo­ ment. Der Kupplungsmomentregelkreis beinhaltet des weiteren ei­ nen Begrenzer (16), dem die Anfahrmomentinformation von der Kennfeldeinheit (1) einerseits und die Information über ein in der jeweiligen Situation maximal mögliches Moment andererseits zugeführt ist. Diese Maximalmomentinformation wird von einer Mo­ tormanagementeinheit (17) mit integriertem Drehzahlregler er­ zeugt, die an die Stelle des Mengenreglers (7) von Fig. 3 tritt und das Motordrehmoment des Dieselmotors (3) durch entsprechende Dosierung der Kraftstoffeinspritzung, d. h. des Verbrennungsmo­ mentes, steuert. Zu diesem Zweck ist der Motormanagementeinheit (17) eingangsseitig die Differenz zwischen der gewünschten An­ fahrdrehzahl und der vom Drehzahlsensor (5) gemessenen Motor­ drehzahl zugeführt.

Der Drehmomentregler (15) des Kupplungsmomentregelkreises steu­ ert die Kupplungsstelleinheit (6) in Abhängigkeit von der Diffe­ renz des vom Begrenzer (16) abgegebenen Ausgangssignals mit ei­ nem Gesamtmomentsignal an, das sich durch die Addition des von der Motormanagementeinheit (17) abgegebenen Motordrehmomentsi­ gnals und eines Schwungmomentsignals ergibt, welches von einer zugehörigen Schwungmomentbestimmungseinheit (18) in Abhängigkeit von der vom Drehzahlsensor (5) gelieferten Motodrehzahlinforma­ tion erzeugt wird. Wenn der Fahrer bei der solchermaßen ausge­ legten Einrichtung aus dem Fahrzeugstillstand anfährt und hierzu das Fahrpedal zur Dosierung des gewünschten Anfahrmomentes betä­ tigt, betätigt der Kupplungsmomentregelkreis der Einrichtung die Kupplung über die Drehmomentregelung derart, daß sich gerade dieses gewünschte Anfahrmoment einstellt. Sobald das Fahrzeug so weit beschleunigt wurde, daß Motordrehzahl und Getriebeeingangs­ drehzahl vollständig oder nahezu aneinander angeglichen sind, wird die drehzahlgeregelte Betriebsweise des Motors (3) beendet und auf eine Betriebsweise umgeschaltet, in der das Drehmoment vom Motor (3) direkt vom Fahrpedal (2) gesteuert wird. Der An­ fahrvorgang ist dann beendet, und die Kupplung wird schnell vollständig geschlossen.

Zur Durchführung von automatischen Kupplungseinstellungen wäh­ rend Hochschaltvorgängen wird die Einrichtung von Fig. 1 zweck­ mäßigerweise so eingerichtet, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist, wobei übereinstimmende Komponenten mit denselben Bezugszei­ chen versehen sind und insoweit auf die obige Beschreibung ver­ wiesen wird. Die fahrpedalbezogene Kennfeldeinheit (1) gibt bei einem derartigen Hochschaltvorgang das gewünschte Sollmoment als Wunschmoment an den Begrenzer (16) und einen zugehörigen Vor­ steuerwert an den Drehmomentregler (15) ab. An die Stelle der Anfahrdrehzahl von Fig. 1 tritt die zu dem jeweiligen Gangwech­ selvorgang gehörige Zieldrehzahl, die von einer entsprechenden Einheit (19) in Abhängigkeit von der momentanen Fahrzeugge­ schwindigkeit und dem neu einzulegenden Gang bestimmt wird.

Bei Auslösen eines Hochschaltvorgangs wird zunächst bei geöffne­ ter Kupplung der Getriebegang gewechselt. Während dieses Getrie­ beschaltvorgangs führt die Einrichtung von Fig. 5 den Motor mit­ tels des Drehzahlreglers in der Motormanagementeinheit (17) auf die berechnete, niedrigere Zieldrehzahl. Nach Abschluß des Ge­ triebeschaltvorgangs ist diese Zieldrehzahl jedoch in der Regel noch nicht erreicht, weil der Motor nur sein Schleppmoment zur Verfügung hat, um seine Drehbewegung zu verzögern. Deshalb führt die Einrichtung eine zusätzliche Drehzahlangleichung mittels der Momentregelung der Kupplung durch, wozu die Kupplung so weit in Richtung Schleifbereich betätigt wird, daß sie ein vorgegebenes, aus der Fahrpedalstellung abgeleitetes Kupplungsmoment über­ trägt. Durch dieses zusätzliche Bremsmoment erfolgt die Dreh­ zahlangleichung schneller. Der Motor befindet sich währenddessen auf Nullförderung. Dem Drehmomentregler (15) wird als Istwert die Summe aus dem negativen Schleppmomentwert und dem Schwungmo­ ment zugeführt, was dem in den Triebstrang eingekoppelten Moment (M_T) entspricht. Dieses wird im ideal eingeschwungenen Zustand vom Drehmomentregler (15) mit dem vorgegebenen Wunschmoment in Übereinstimmung gebracht. Erst kurz vor Erreichen der Zieldreh­ zahl beginnt der Drehzahlregler in der Motormanagementeinheit (17) wieder Verbrennungsmoment aufzubauen und zwar ungefähr so weit, bis das Schleppmoment kompensiert ist. Dieses Verbren­ nungsmoment geht zwar zusätzlich in die Summe des rückgeführten Gesamtmoments ein, gleichzeitig verringert sich aber dessen Schwungmomentanteil, weil das Verbrennungsmoment die Geschwin­ digkeit des Drehzahlabfalls entsprechend verringert. Im Ideal­ fall bleibt das Gesamtmoment daher konstant, das Erreichen der Zieldrehzahl wird durch den reglerbedingten, vorzeitigen Aufbau des Verbrennungsmoments jedoch etwas weicher gestaltet, was den Übergang besser kontrollierbar macht. Die verbesserte Kontrol­ lierbarkeit entsteht einerseits durch den Vorhalt beim Feuern des Motors und andererseits durch die Verlangsamung des Über­ gangs vom Schleif- in den Haftbereich der Kupplung, wodurch sich die Verzögerungen in der Signalverarbeitung weniger störend be­ merkbar machen.

Aufgrund der großen Steifigkeit des in der Motormanagementein­ heit (17) integrierten Motordrehzahlreglers beginnt beim Herun­ terlaufen des Motors (3) auf die Zieldrehzahl das Feuern des Mo­ tors (3) erst kurz vor dem Erreichen dieser Zieldrehzahl. Der dadurch vorhandene geringe Vorhalt beim Feuern kann sich bei ausgeprägteren Verzögerungen der Signalverarbeitung als nicht ausreichend erweisen, um den Übergang der Kupplung von Schleifen zu Haften hinreichend kontrollierbar zu gestalten. In solchen Fällen ist es vorteilhaft, den Vorhalt und damit die Verlangsa­ mung des Übergangs durch weitere Maßnahmen zu vergrößern. Eine hierfür besonders geeignete, durch geringfügige Erweiterung der Einrichtung von Fig. 5 entstehende Einrichtung ist in Fig. 6 ge­ zeigt, wobei wiederum für funktionsgleiche Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet sind und insoweit auf die Beschreibung zu Fig. 5 verwiesen werden kann. Gegenüber der Einrichtung von Fig. 5 besitzt diejenige von Fig. 6 eine Rückführung des Schwungmomentes zur Motormanagementeinheit (17), bei der in die­ sem Beispiel die Integration eines Drehzahlreglers optional ist und die eine Momentenvorsteuerfunktion erfüllt. Die Schwungmo­ mentrückführung erfolgt über einen Multiplizierer (20), der das Schwungmoment mit einem vorgebbaren Faktor k1 multipliziert. Zu­ sätzlich wird das Schwungmoment mittels eines weiteren Multipli­ zierers (21), der das Schwungmoment mit einem vorgebbaren Faktor k2 multipliziert, vor der Summation mit dem von der Motormanage­ menteinheit (17) gelieferten Motordrehmoment gewichtet. Das so gebildete Gesamtmoment wird mittels eines dritten Multiplizie­ rers (22) zur Bildung des Rückführmomentes für den Drehmoment­ regler (15) mit einem vorgebbaren Faktor k3 multipliziert.

Mit der dergestalt ausgelegten Einrichtung von Fig. 6 kann in einer ersten Verfahrensvariante schon unmittelbar nach der Schaltungsvollzugmeldung beim Motor (3) von Drehzahlregelung auf Drehmomentsteuerung übergegangen werden. Während der dann begin­ nenden Schleifphase wird ein Motormoment eingesteuert, das dem mit dem Faktor k1 multiplizierten Schwungmoment entspricht. Im Ergebnis stellt sich dann ein Zustand ein, in welchem das Kupp­ lungs- bzw. Triebstrangmoment beispielsweise im Fall k1=1 je zur Hälfte aus Schwungmoment und Motormoment gebildet wird, da dem Kupplungsdrehmomentregler (15) die Summe aus diesem Motormoment und dem vorhandenen Schwungmoment rückgeführt wird, die bei Wahl von k3=1 dem Triebstrangmoment entspricht. Der Angleich der Drehzahlen erfolgt auf diese Weise entsprechend verlangsamt. Der Drehzahlregler in der Motormanagementeinheit (17) ist in diesem Fall nicht aktiv.

Mit dem Faktor k1 läßt sich die Schnelligkeit des Angleichvor­ gangs den Gegebenheiten und Erfordernissen der Praxis anpassen. Bei k1=0 wird das Wunschmoment ausschließlich vom Schwungmoment gebildet. Der Angleich erfolgt schnell mit geringstmöglicher Reibarbeit, erfordert aber verzögerungsarme Regelkreiskomponen­ ten und ein schnelles Ansprechen des Motors, falls keine Kom­ fortabstriche in Kauf genommen werden sollen. Im Grenzfall k1 → ∞, bleibt die Motordrehzahl auf demjenigen Wert, der unmittelbar bei Beginn der Angleichphase vorhanden ist. Die Angleichung kann dann nur erfolgen, wenn das Fahrzeug auf Synchrongeschwindigkeit beschleunigt wird, was eventuell sehr lange dauern kann, z. B. kann der Gang falsch gewählt oder das Fahrpedal zu wenig betä­ tigt sein, so daß das Gesamtmoment nicht ausreicht, das Fahrzeug zu beschleunigen. Ein Durchrutschen der Kupplung mit Weglaufen des Motors nach oben durch zuviel eingesteuertes Motormoment kann nicht auftreten, da das Einsteuern von Motormoment an das Vorhandensein eines Motordrehzahlabfalls gekoppelt ist, der bei k1 → ∞ auf null geht.

Als weitere Verfahrensvariante kann der in der Motormanagement­ einheit (17) integrierte Drehzahlregler während des Schleifvor­ gangs aktiv gehalten werden, wobei dann das Ausgangssignal die­ ses Reglers auf den Momentenvorsteuerwert aufaddiert wird. Dies bewirkt, daß während des Schleifvorgangs das insgesamt einge­ steuerte Moment um den Betrag des Schleppmoments verringert ist, welches jedoch kurz vor dem Erreichen der Zieldrehzahl durch das Verbrennungsmoment kompensiert wird. Es ergibt sich dadurch ein Verhalten, welches einer Überlagerung der oben genannten Funkti­ onsweisen entspricht, indem anfänglich eine etwas schnellere An­ gleichung entsprechend dem Beispiel von Fig. 5 und dann kurz vor Erreichen der Synchronität ein Abfangen auf das Niveau der obi­ gen ersten Verfahrensvariante von Fig. 6 erfolgt.

Als zusätzliche Verfahrensvariante kann mit dem Schwungmomentge­ wichtungsfaktor k2 der direkte Rückführungsanteil des Schwungmo­ ments zum Drehmomentregler (15) beeinflußt werden. Dies kann insbesondere dann zweckmäßig sein, wenn die Motordrehzahl nur in stark gefilteter und mit Signallaufzeit behafteter Form vorliegt und vor der zeitlichen Differentiation zur Bildung des Schwung­ moments noch einmal gefiltert werden muß. Dann können im Drehmo­ mentregler (15) beim Anfahren unter Umständen destabilisierende Effekte auftreten, weil die Istwertermittlung der Regelgröße, d. h. des Gesamtmomentes, aus zwei Pfaden mit stark unterschied­ licher Verzögerung besteht. In diesem Fall ist ein Verzicht auf den direkten Rückführungsanteil des Schwungmoments angezeigt, was durch Nullsetzen des Gewichtungsfaktors k2 bewirkt werden kann. Davon unberührt ist die Einsteuerung eines Motormoments in Höhe des Schwungmoments bei der Angleichregelung nach einem Hochschaltvorgang. Diese Einsteuerung kann bestehen bleiben, da der Drehzahlregelkreis der Motormanagementeinheit (17) in diesem Betriebszustand passiv ist. Dies gilt selbst im Fall eines an sich aktiven Drehzahlreglers, da der Regler in dieser Situation maximales Schleppmoment vorgibt, ausgenommen während der uner­ heblichen Zeitdauer kurz vor Erreichen der Synchronität. Der Meßzweig des Drehmomentreglers führt dann nur noch die Ermitt­ lung des Schwungmoments durch, das in den Drehmomentregler (15) auf dem Umweg über die Motormomentvorgabe und somit über das Mo­ tor-Istmoment einfließt. Trotz der eventuell vorhandenen großen Verzögerungen bei der Schwungmomentermittlung ist dieser Regel­ kreis funktionsfähig, da während des eigentlichen Getriebe­ schaltvorgangs genügend Zeit für den Aufbau der Meßgröße Schwungmoment zumindest in Höhe des Schleppmomentes zur Verfü­ gung steht. Unmittelbar nach der Schaltvollzugsmeldung wird durch Kraftstoffeinspritzung ein Motormoment in Höhe des Schwungmoments, das anfangs betragsgleich mit dem Schleppmoment ist, aufgebaut, wodurch sich der Vorgang bereits so weit ver­ langsamt, daß er kontrollierbar wird.

Während des Anfahrvorgangs ist das Fehlen des Schwungmoments dann nicht von Nachteil, wenn die Motordrehzahlregelung so steif ist, daß der Drehzahleinbruch genügend klein bleibt, was im all­ gemeinen der Fall ist. Der dynamische Fehler bei der Ermittlung des Gesamtmoments ist dann vernachlässigbar. Das Ausführungsbei­ spiel mit Verzicht auf die direkte Schwungmomentrückmeldung setzt folglich während der Angleichphase die Einsteuerung von Schwungmoment als Drehmomentvorgabe für den Motor mit einem von null verschiedenen Faktor k1 voraus, wobei der Gewichtungsfaktor k2 auf Null gesetzt ist. Allerdings beträgt bei dieser Konstel­ lation das Triebstrangmoment im eingeschwungenen Zustand das Doppelte des gewünschten Moments, das dem Drehmomentregler als Sollwert vorgegeben wird. Deshalb ist es zweckmäßig, mit dem Ge­ samtmoment-Gewichtungsfaktor k3 das rückgeführte Gesamtmoment zu gewichten und damit den Vergrößerungsfaktor von tatsächlich ab­ gegebenem Triebstrangmoment zu dem fahrpedalvorgegebenen Wunsch­ moment beeinflussen zu können. Vergrößerungsfaktoren größer als eins können durchaus sinnvoll sein, weil damit der Angleichvor­ gang schneller abläuft und das insgesamt übertragene Moment nicht durch das maximale Motormoment begrenzt ist, sondern durch das größere Maximalmoment der Kupplung, da der Motor zusätzlich Schwungmoment abgibt. Dies kann die Bergsteigfähigkeit bei gege­ benem Zielgang verbessern, weil durch das größere übertragene Moment in der Angleichphase der Geschwindigkeitsabfall des Fahr­ zeugs geringer wird und dadurch nach der Angleichung eine höhere Anschlußdrehzahl mit höherem Motormoment vorhanden ist. Der Ge­ samtmoment-Gewichtungsfaktor k3 ist im Gegensatz zu den beiden anderen Faktoren k1 und k2 allerdings auch im Anfahrbereich voll wirksam, da sich die Funktionsweise der Einrichtung ja gerade dadurch auszeichnet, daß sich die Angleichregelung bei zu großem Geschwindigkeitsabfall übergangslos in den Anfahrbereich aus­ dehnt, d. h. bei gegenüber der Leerlaufdrehzahl geringerer Ge­ triebeeingangsdrehzahl. Deshalb muß der Gesamtmoment-Gewich­ tungsfaktor k3, wenn er vom Wert eins verschieden sein soll, fahrzustandsabhängig, z. B. motordrehzahlabhängig, gestaltet wer­ den, damit beim Anfahren aus dem Stillstand keine größeren als die dem Motorkennfeld entsprechenden, gewünschten Momente über das Fahrpedal vorgegeben werden.

Zusammenfassend gesagt, läßt sich die Charakteristik der Anfahr- und Angleichregelung mit den Gewichtungsfaktoren k2 und k3 in Abhängigkeit von dem gewünschten, durch den Faktor k1 gegebenen Verhältnis von Motormoment zu Schwungmoment jeweils in passender Weise einstellen. Mit der Wahl des Schwungmoment-Gewichtungs­ faktors k2 kann der Grad der direkten Schwungmomentrückführung festgelegt werden, indem dieser Faktor auf eins, auf null oder einen Zwischenwert gesetzt wird. Für Rückschaltvorgänge ergeben sich sinngemäß die gleichen Verhältnisse, wie sie oben für Hoch­ schaltvorgänge beschrieben sind, wobei die umgekehrte Wirkrich­ tung des Schwungmoments zu beachten ist.

Claims (4)

1. Einrichtung zur automatischen Einstellung einer im Antriebs­ strang eines Kraftfahrzeuges mit Verbrennungsmotor angeordneten Kupplung während Anfahr- und/oder Gangwechselvorgängen, mit

• - einem Motordrehzahlregelkreis (5, 17, 18), der bei einem je­ weiligen Anfahr- und/oder Gangwechselvorgang die Motordrehzahl mittels geeigneter Verbrennungsmomenteinstellung auf eine von der Fahrpedalstellung oder von der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Sollgang abhängige Solldrehzahl regelt,
  gekennzeichnet durch
• - einen Kupplungsmomentregelkreis (6, 15), der das Kupplungsmo­ ment in Abhängigkeit von der Differenz zwischen einem fahrpedal­ stellungsabhängigen Sollwert und einem vom Motormoment abgelei­ teten Rückführmoment-Istwert regelt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch

• - Mittel (17) zur Bestimmung des momentan unter Annahme höchst­ möglicher Verbrennungsmomentaussteuerung maximal erreichbaren Motordrehmomentes und
• - einen Begrenzer (16), der den fahrpedalstellungsabhängigen Sollwert für den Kupplungsmomentregelkreis auf einen vorgebbaren Maximalwert begrenzt, der höchstens so groß wie das dem Begren­ zer von den Maximalmomentbestimmungsmitteln zugeführte, maximal erreichbare Moment ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Motordrehzahlregelkreis (17, 18) bei einem Gangwechselvor­ gang unmittelbar nach vollzogenem Gangschaltvorgang eine Motor­ drehmomentsteuerung ausführt, mit dem ein Motordrehmoment einge­ steuert wird, das dem Schwungmoment multipliziert mit einem vor­ gebbaren Faktor (k1), optional zuzüglich des vom Motordrehzahl­ regler gelieferten Motordrehmomentwertes, entspricht.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß als Rückführmoment-Istwert für den Kupplungsmomentregelkreis das mit einem vorgebbaren Faktor (k3) gewichtete Gesamtmoment aus der Summe des vom Motordrehzahlregelkreis bereitgestellten Mo­ tordrehmomentwertes und einem mit einem vorgebbaren Faktor (k2) gewichteten Schwungmomentanteil dient.