DE19637209A1 - Verfahren zum Steuern des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs und integrierte Antriebsstrangsteuerung - Google Patents

Verfahren zum Steuern des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs und integrierte Antriebsstrangsteuerung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des An­ triebsstrangs eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine integrierte Antriebsstrangsteuerung nach dem Oberbegriff von Anspruch 7.
Bekannte Steuerungssysteme für den Motor, das Getriebe und die Nebenaggregate eines Kraftfahrzeugs arbeiten weitgehend selbständig, d. h. sie stellen den Arbeitspunkt und den Be­ triebsmodus des gesteuerten Aggregats weitgehend unabhängig voneinander ein. Es stehen auch Mittel zur Kommunikation zwi­ schen den einzelnen Bestandteilen des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung, z. B. in Form eines CAN-Busses oder ähnlichem, diese werden aber überwiegend nur zum Aus­ tausch von Sensordaten im Wege einer Mehrfachausnutzung ver­ wendet. Außerdem beeinflussen sich die Steuerungen mittels Kommunikation bei bestimmten Vorgängen, z. B. um den Schalt­ komfort durch eine Reduktion des Motormoments bei einem Über­ setzungswechsel des Getriebes zu verbessern.
Weitere Beispiele sind eine Motorschleppmomentregelung beim Bremsen und ein Bremseingriff oder eine Motormomentreduktion bei auftretendem Antriebsschlupf. Bekannt ist ein Vorschlag zur Systemvernetzung im Automobil, die eine integrierte An­ triebsstrangsteuerung für ein Kraftfahrzeug anstrebt, durch die die Stellung des Gaspedals als ein vom Fahrer gewünschtes Radmoment oder Getriebeausgangsmoment interpretiert und zum Berechnen von Sollwerten für den Motor und für das Getriebe des Kraftfahrzeugs verwendet (F & M 101 (1993) 3, Seiten 87 bis 90). Zielsetzung der darin vorgeschlagenen übergeordneten Optimierung der Teilsysteme Motorsteuerung, elektronisches Gaspedal und Getriebesteuerung ist es, den Kraftstoffver­ brauch zu reduzieren und die Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs zu verbessern, insbesondere was die spontane Reaktion auf Gaspedalbewegungen betrifft.
Die Optimierung eines Antriebsstrangs (Motor, Getriebe, Dif­ ferential, Antriebsräder) kann unter Berücksichtigung folgen­ der, unterschiedlicher Kriterien dynamisch während eines Fahrzyklus durchgeführt werden: Fahrbarkeit (zum Beispiel sportlich oder ökonomisch). Im Allgemeinen bleibt immer der Fahrer der oberste Entscheider für die genannten Optimie­ rungskriterien, selbst in Großstädten mit dichtem Verkehr, Stausituationen und veränderbaren Ozonkonzentrationen. Zudem etablieren sich in den Fahrzeugen zunehmend Unterstützungen für den Fahrer, z. B. Fahrzeugnavigationssysteme mit multime­ dialen Charakter (Radio, Telefon, usw.) und der Möglichkeit zum Empfangen von Informationen während der Fahrt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Betrieb eines Kraftfahrzeugs zu verbessern, indem die zusätzlich während der Fahrt zur Verfügung stehenden Informationssysteme zum Steuern dem Antriebsstrangs mit verwertet werden. Dies ist deshalb wichtig, da wegen der schärfer werdenden Emissions­ grenzwerte eine Reglementierung des Fahrers im urbanen Ver­ kehr in Zukunft denkbar erscheint. Die Möglichkeiten einer Reduktion des Kraftstoffverbrauches ohne Reglementierung des Fahrerverhaltens stößt auf ihre Grenzen. Dabei sollen die Emissionen (Kohlenwasserstoffe, Stickoxide usw.), insbesonde­ re im Stadtgebiet, so weit wie möglich verringert werden.
Ein Ausführungsbeispiele der Erfindung wird nachfolgend an­ hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein die hierarchische Struktur oder Architektur einer integrierten Antriebsstrangsteuerung gemäß der Erfin­ dung darstellendes Blockschaltbild;
Fig. 2 eine integrierte Antriebsstrangsteuerung mit der das Verfahren gemäß der Erfindung durchgeführt wird, und
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm des von der Antriebsstrangsteue­ rung nach Fig. 2 abgearbeiteten Programms.
Eine integrierte Antriebsstrangsteuerung 1 weist die nachfol­ gend aufgeführten Bestandteile auf (Fig. 1). Der besseren Lesbarkeit halber wird im folgenden bei den einzelnen Schal­ tungs- oder Programmbestandteilen auf die Bezeichnungen "-Schaltung" oder "-Block" verzichtet (Beispiel: Auswahl statt Auswahlschaltung).
Die Bestandteile sind: symbolisch zu einem Block zusammenge­ faßte Sensoren 1.01, eine zentrale Klassifikation und Krite­ rienbildung 1.02, eine zentrale Betriebsparametergewinnung 1.03, der die Signale von dem Fahrpedal und dem Bremspedal des Kraftfahrzeugs zugeführt werden, eine Fahrstrategieaus­ wahl 1.04, zu einem Block zusammengefaßte dezentrale Steue­ rungseinheiten 1.05 und die zu steuernden Aggregate des An­ triebsstrangs 1.06, zum Beispiel der Motor, das Getriebe und die Bremsen des Kraftfahrzeugs.
Die Funktion und Wirkungsweise der Bestandteile von Fig. 1 wird in Verbindung mit der Beschreibung der weiteren Figuren erläutert.
Die integrierte Antriebsstrangsteuerung 1 ist in Fig. 2 de­ taillierter dargestellt. Sie weist folgende Bestandteile der zentralen Klassifikationen und Kriterienbildung 1.02 auf: ei­ ne Fahrertyp- und Fahrerwunsch-Gewinnung(sschaltung) 2, eine Umwelt- und Straßentyp-Lokalisation 3 (zum Beispiel über GPS) eine Fahrmanöver- und Fahrsituationserkennung 4 und ein In­ formationskanal 5 (z. B. ein Funktelefon oder ein Satelli­ tenempfänger) . Den Schaltungen 2 bis 5 und weiteren noch zu beschreibenden Schaltungsbestandteilen der Antriebsstrang­ steuerung 1 werden die Signale von verschiedenen Sensoren im Kraftfahrzeug, die hier symbolisch mit S bezeichnet sind, über entsprechende Signalleitungen zugeführt. Die Signallei­ tungen sind in der Zeichnung als Mehrfachleitungen angedeu­ tet, sie können auch als Datenbus (z. B. CAN-Bus) ausgeführt sein.
Eine Primär-Fahrstrategieauswahl 6 empfängt über Leitungen 14 bis 18 Ausgangssignale der vorstehend erwähnten Schaltungen 2 bis 5. Über eine Leitung 19 empfängt sie das Ausgangssignal einer Radmomentberechnung 12, die ihrerseits Signale von ei­ nem Bremspedal 20 und einem Fahr- oder Gaspedal 21 empfängt.
Ausgangssignale der Primär-Fahrstrategieauswahl 6 werden ei­ ner auch als Steuerschaltung bezeichneten Basis-Betriebspara­ metergewinnung 7 und einer elektronischen Motorsteuerung und Motorleistungsstelleinheit 9 zugeführt. Ausgangssignale der Basis-Betriebsparametergewinnung 7 gelangen zu einer Fahre­ rinformation oder Anzeige 16, zu einer elektrischen Servolen­ kung (EPAS) 8, zu einer elektronischen Motorsteuerung (EMS/ETC) 9, zu einer elektronischen Getriebesteuerung (EGS) 10 und zu einer Bremssteuerung 11, die ein ABS-System, eine An­ triebsschlupfregelung TCS und eine Fahrstabilitätsregelung FSR einschließen kann.
Die Basis-Betriebsparametergewinnung 7 führt nun gemäß den Vorgaben von der Fahrstrategieauswahl 6 eine koordinierte Be­ rechnung der zentralen Betriebsparameter des gesamten An­ triebsstranges durch. Sie legt zum Beispiel die Getriebeüber­ setzung und das Soll-Motordrehmoment fest, darüber hinaus auch die Antriebsart und im Falle eines Hybridantriebs dessen einzelne Betriebspunkte. Dies ermöglicht eine wesentlich um­ fassendere Steuerung von Motor und Getriebe als bisher: das Motordrehmoment kann abhängig von der Getriebeübersetzung eingestellt werden. Dies erhöht die Fahrbarkeit des Kraft­ fahrzeugs, da der Fahrer bei einer Hochschaltung nicht mehr einen Verlust an Abtriebsdrehmoment ausgleichen muß. Außerdem können Schadstoffemissionen wirksam gesenkt werden, wie noch zu erläutern sein wird.
Die koordinierte Festlegung der Betriebsparameter erfolgt nicht nur stationär, das heißt nicht nur bei einer konstanten Radmomentanforderung durch die Radmomentberechnung 12, es werden vielmehr auch Informationen über dynamische Vorgänge, wie über eine Kurvenfahrt oder über einen Übergang in den Schubbetrieb (Fahrzeuggeschwindigkeit wird verringert) von der Basis-Betriebsparametergewinnung 7 berücksichtigt, um die nachgeordneten Funktionseinheiten 8 bis 11 zu koordinieren. So kann im Fall eines Schubbetriebs sowohl die aktuelle Gang­ übersetzung festgehalten als auch gleichzeitig die Schubab­ schaltung aktiviert werden. Bei einer extremen Kurvenfahrt ist es zum Erhalt der Fahrstabilität sinnvoll, die Überset­ zung durch die Getriebesteuerung (EGS) 10 zu fixieren und Lastwechsel im Antriebsstrang durch die elektronische Motor­ steuerung und Motorleistungsstelleinheit (EMS/ETC) 9 zu dämpfen oder langsamer ablaufen zu lassen.
Eine Zentralisierung zum Zwecke von Fahrbarkeits- und Emissi­ onsmanagement erfolgt aber nur soweit nötig im Form der Stra­ tegievorgabe. Alle anderen Funktionen (zum Beispiel die Funk­ tionen, die für Fahrstabilität sorgen) laufen soweit möglich in der Ebene der dezentralen Steuerungseinheiten ab.
Die Steuerschaltungen oder Geräte 8 bis 11 erzeugen Stellsi­ gnale, mit denen die einzelnen Aggregate oder Bestandteile des Antriebsstrangs 24 des Kraftfahrzeugs gesteuert werden, d. h. der Motor über seine Drosselklappe, das Getriebe und die Bremsen des Kraftfahrzeugs. Die Stellsignale gelangen über Leitungen A von den Schaltungen 9 bis 11 zu den Aggrega­ ten des Antriebsstrangs, Sensorsignale S werden über entspre­ chende Leitungen den genannten Schaltungen zugeführt. Die Steuerschaltungen oder Geräte 8 bis 11 können allerdings auch als sogenannte Vororteinheiten mit dem jeweils zu steuernden Aggregat zusammengebaut oder in dieses integriert sein. So ist es zum Beispiel sinnvoll, die Steuerung 11, insbesondere im Falle eines elektrischen Bremsaktuators, mit dem Bremsak­ tuator zusammenzufassen. An der Steuerungsfunktion ändert sich dadurch nichts.
Die einzelnen Bestandteile des Antriebsstrangs selbst sind in Fig. 2 unten zeichnerisch dargestellt, sie werden hier nicht weiter erläutert, da sie allgemein bekannt sind. Im Falle ei­ nes Hybridantriebes - d. h. eines Verbrennungsmotors kombi­ niert mit einem Elektromotor - ist ersterer mit einem Elek­ tromotor und Generator G gekoppelt. Ein solcher Hybridantrieb ist zum Beispiel aus VDI-Bericht Nr. 1225, 1995, Seiten 281-297 bekannt.
Beispiele für eine erfindungsgemäße globale oder kombinierte Antriebsstrangsteuerung sind:
  • 1. Ein emissionsminimierter Betrieb (HC, NOx):
  • - Die Primär-Fahrstrategieauswahl 6 legt die Betriebsweise des gesamten Antriebsstranges auf einen minimierten Schad­ stoffausstoß fest.
  • - Ein zentraler "Entscheider" in Gestalt der Basis-Betriebsparametergewinnung 7 legt demzufolge die wesentli­ chen Betriebsparameter der Schaltungen 9 11 (EMS, ETC, EGS) auf eine Strategie derart fest, daß der Ausstoß an Schad­ stoffen minimiert wird (z. B. im Stadtgebiet). Diese Vorgabe kann von den nachgeordneten Funktionseinheiten folgenderma­ ßen umgesetzt werden:
  • - ETC (elektronische Motorleistungssteuerung): Lastwechsel (angefordert von Einheit 12) des Verbrennungsmotors werden gedämpft (verlangsamt) oder der Betriebsbereich einge­ schränkt. Durch Vermeiden von instationären Vorgängen kön­ nen dabei Regelungen und Steuerungen, die eine Emissions­ reduktion bezwecken, fehlerfrei arbeiten. Betriebsbereiche mit quantitativ oder qualitativ unerwünschter Zusammenset­ zung der Emissionen werden vermieden.
  • - EMS (elektronische Motorsteuerung): Aktivierung eines emissionsarmen Modus, z. B. bei Verbrennungsmotor Verringe­ rung der Beschleunigungsanreicherung, oder Wechsel der Antriebsart (z. B. auf Elektromotor, Wasser­ stoffantrieb)
  • - EGS (elektronische Getriebesteuerung): bewirkt beim Ver­ brennungsmotor einen möglichst stationären Betrieb im Be­ reich mit kleinster Emission z. B. mit CVT oder vielstufi­ gem Getriebe;
  • - Anpassung bei Wechsel der Antriebsart (z. B. Elektromo­ tor, Wasserstoffantrieb) Besonders bei dieser Funktion kommt es auf ein gutes Zusammenspiel (koordiniert durch Einheit 7) von Motor und Getriebe an, denn die Anforde­ rung des Fahrers läßt bezüglich Beschleunigung und Ge­ schwindigkeit mehrere Kombinationen von resultierendem Motordrehmoment und Getriebeübersetzung zu. Auch ist ein abgestimmter Verlauf der zeitlichen Änderung beider Stellgrößen notwendig.
  • 2. Ein fahrleistungsorientierter Modus. Analog zum emissions­ minimierten Betrieb werden alle dezentralen Funktionsein­ heiten so eingestellt, daß bestmögliche Beschleunigung, schnelles Ansprechen des Antriebs auf den Fahrerwunsch (uneingeschränkte Antriebsart) zur Verfügung stehen. Not­ wendig bei sportlicher Fahrweise oder Bergauffahrt.
Aus Fig. 1 ist die Architektur einer solchen Funktionstei­ lung ersichtlich. Allerdings werden Entscheidungen tieferer Kontrollebenen, die übergeordnete Vorgaben beeinflussen, an die höheren Kontrollebenen sofern notwendig signalisiert. Dies wird aber noch anhand von Fig. 2 erklärt werden, deren Funktion nun im Detail erläutert wird.
Der Block (oder Schaltung) 2 dient der Fahrertypgewinnung, d. h. eine Klassifikation zwischen fahrleistungsorientiert und ökonomisch. Ein Beispiel für eine derartige Funktion ist in EP 0 576 703 A1 beschrieben. Ein den Fahrstil des Fahrers charakterisierendes Signal wird einer Primär-Fahrstrategie­ auswahl 6 über eine Leitung 14 zugeführt.
Der Block 3 ermittelt den Straßentyp (Stadt/Autobahn/Land­ straße), kann aber auch über zusätzliche Sensoren z. B. den allgemeinen Grad der Luftverunreinigung feststellen. Ist mit GPS (Global Positioning System) in Verbindung mit einer digi­ talen Karte (auf CD-Rom) der lokale Standort des Fahrzeugs bekannt, so kann diese Information über die lokale Luftverun­ reinigung dem Block 6 zur Verfügung gestellt werden.
Eine in dem Block 4 durchgeführte Detektion einzelner Fahrma­ növer, wie z. B. Kurvenfahrt, Fahrbahnsteigung, Antriebs-Bremsschlupf, sowie eine Information über Längs- und Quersta­ bilität, kann ebenfalls zur Ermittlung der Fahrstrategieaus­ wahl herangezogen werden. Dabei können diese Informationen auch dem Block 7 zur Verfügung gestellt werden, um über eine mittelfristige Betriebsstrategie auch kurzfristig eine geeig­ nete Betriebsweise des Antriebsstrangs zu erreichen. Die In­ formationen für die Blöcke 6 und 7 können auch von dezentra­ len Steuerungseinheiten stammen (z. B. über die fahrdynamische Stabilität von dem ABS/TCS/FSR-Steuergerät 11) oder dem In­ formationskanal 5. Dieser Block 5 stellt Informationen zur Verfügung, die von einer zentralen "Leitstelle", zum Beispiel von einer Verkehrsüberwachungsbehörde, gegeben werden. So ist es möglich, in einer Region zentral eine emissionsarme Be­ triebsweise zu steuern.
Der Empfang der übertragenen lokalen Umweltdaten, zum Bei­ spiel der Ozonbelastung und der lokalen Umweltgrenzwerte in dem Informationskanal 5, sowie der zum Beispiel über GPS in der Lokalisation 3 empfangenen Fahrzeugkoordinaten, und die Auswertung diese Daten in der Primär-Fahrstrategieauswahl 6 versetzen die Antriebsstrangsteuerung 1 in die Lage, die Be­ triebsweise abhängig von den unterschiedlichen maximal er­ laubten Grenzwerten zu reglementieren. Dem Fahrer wird dies über die Fahrerinformation 16 angezeigt.
Akzeptiert der Fahrer diese an die Umweltbelastung angepaßte, emissionsreduzierende Betriebsweise, so werden durch die Pri­ mär-Fahrstrategieauswahl 6 die Regel- und Stelleinrichtungen 8, 9, 10 und 11 des Antriebsstrangs automatisch so gesteuert, daß der Fahrerwunsch überlagert wird und das Kraftfahrzeug entsprechend den lokalen Umweltbedingungen und -vorschriften emissionsarm betrieben wird. Der Fahrer kann aber, wenn er es für notwendig hält, die emissionsreduzierende Fahrweise ab­ lehnen, zum Beispiel durch Betätigen eines Schalters, und ei­ ne andere Fahrstrategie wählen oder beibehalten. Er wird etwa bei einem sicherheitsrelevanten Überholvorgang eine sportli­ che Fahrstrategie wählen. Bei solchen sicherheitsrelevanten Situationen, die durch den Block 4 erkannt werden und die ei­ ne kurzfristige Maximierung der Antriebsleistung erfordern, kann auch der Fahrmodus (von ökonomisch auf sportlich) ge­ wechselt werden.
Außerdem wird die jeweils aktuelle Fahrzeugposition auf Plau­ sibilität überprüft. Die empfangenen und aufbereiteten Umwelt­ daten und Umweltgrenzwerte werden nur dann für die Antriebs­ strangsteuerung verwendet, wenn dies sinnvoll ist. Beispiel: wenn sich das Kraftfahrzeug innerhalb von Ortschaften bewegt, wird eine emissionsminimierte Betriebsweise aktiviert. Bei Überlandfahrten hingegen wird ein Steuerungseingriff mit Ver­ ringerung der Antriebsleitung nicht durchgeführt.
Der Fahrer bekommt über die Anzeige 16 eine Information über die aktuellen Umweltwerte (das heißt die in der Umgebungsluft enthaltenen Kohlenwasserstoffe, Stickoxide, Ozon, Kohlenmon­ oxid und -dioxid, Rußpartikel usw.) und über die erlaubten lokalen Umweltgrenzwerte. Sind in dem Kraftfahrzeug geeignete Sensoren vorhanden, können die Umweltwerte auch direkt in dem Kraftfahrzeug gemessen und an die Primär-Fahrstrategieauswahl 6 übermittelt werden. Die beim umweltschonenden Steuern des Antriebsstrangs ablaufenden Schritte werden weiter unten an­ hand von Fig. 3 erläutert.
Der Block 6 dient der Ermittlung der primären Fahrstrategie­ auswahl für die nachgeordnete Einheit 7, die ihrerseits die zentralen Betriebsparameter für die dezentralen Steuerungs­ einheiten koordiniert festlegt. Die Informationen auf den Leitungen 14, 15, 17 und 18 werden mit einem festgelegten Re­ gelsatz verglichen. Dies wird mit einem Fuzzy-System, mit ma­ thematisch formulierte Algorithmen oder mit einem Neuronalen Netz realisiert.
Die Sensoren S liefern notwendige Signale sowohl für die Bil­ dung der Klassifikation und der Kriterien in der obersten Schicht der Antriebsstrangsteuerung 1 , d. h. in den Einheiten 2-5, als auch an die dezentralen Steuerungseinheiten für die einzelnen Aggregate. Die Lokalisierung der Sensoren be­ züglich der Funktionsblöcke spielt eine untergeordnete Rolle, sofern eine Kommunikation zwischen der Sensorsignalaufberei­ tung in der jeweiligen Steuereinheit (ECU) und der Informa­ tionssenke gewährleistet ist. Auch ist es bezüglich der Funk­ tionsarchitektur unwesentlich, in welcher ECU welche Funkti­ onseinheiten physikalisch vorhanden und zusammengefaßt sind. So ist es durchaus möglich, die Fahrertyp und -wunschgewin­ nung in die Getriebesteuerung (EGS) 10 zu integrieren, wäh­ rend Umwelt- und Straßentypklassifikation in dem Block 11 (Längs- und Querdynamikregelung) untergebracht werden können.
Auch kann ein zentraler Rechner die Einheiten 12, 6, 7 mit enthalten. Wesentlich ist die virtuelle Architektur, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, um eine insgesamt verbesserte Funktion zu erreichen. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Kommunikation zwischen den physikalischen Einheiten, die zweckmäßigerweise als schnelle serielle Buskommunikation (zum Beispiel über einen CAN-Bus) ausgeführt ist.
Die Vorgaben des Fahrers durch das Fahr- oder Gaspedal werden in dem Block 12 in eine Soll-Raddrehmomentvorgabe oder ein Soll-Getriebeausgangsdrehmoment umgesetzt, d. h. in das Drehmoment, das von den Antriebsrädern auf die Fahrbahn zu übertragen ist. Der Einfluß von umweltbedingten Einflüssen wie zusätzlichen Fahrwiderständen (Bergfahrt, Beladung) soll hier nicht berücksichtigt werden, um den Fahrer nicht von der physikalischen Realität zu entfremden.
Der Block 12 ist in Fig. 2 gesondert dargestellt, er kann aber auch in den dezentralen Steuerungseinheiten 8-11 oder 16 physikalisch untergebracht sein (z. B. EMS/ETC). Gleiches gilt für die Blöcke 1-7. Das Signal auf der Leitung 19 kann als vom Fahrer gewünschtes Radmoment oder Getriebeausgangsmoment ausgegeben werden oder auch als Soll-Rad-Umfangskraft oder Soll-Getriebe-Ausgangsdrehmoment. Dabei ist es durch eine kontinuierliche Information über das Bremspedal 20 auch mög­ lich, negative Soll-Radmomente oder -Umfangskräfte vorzuge­ ben. Somit ist ein integriertes Management von antreibenden Einheiten (z. B. Verbrennungs-, Elektromotor, rotierendes Schwungrad) oder verzögernden, Energie aufnehmenden Einheiten (z. B. Betriebsbremse, Stromgenerator, ruhendes Schwungrad) möglich. Alternativ zur Radmoment-Vorgabe vom Fahrer kann dieses auch von einem Fahrgeschwindigkeitsregler 23 (kurz FGR) vorgegeben werden.
Die Informationskanäle zwischen dem Block 7 "Basis-Betriebsparametergewinnung" und den Einheiten 9, 10 und 11 sind bidirektional nutzbar. Der Grund hierfür ist die Notwen­ digkeit, bei der Berechnung der Basis-Betriebsparameter nicht nur externe Bedingungen wie Fahrertyp, Umwelt und Fahrmanöver zugrunde zu legen, sondern auch interne vorgegebene Betriebs­ zustände der gesteuerten Einheiten im Antrieb zu berücksich­ tigen. So ist es wichtig, nach dem Kaltstart den Verbren­ nungsmotor bei erhöhten Drehzahlen zu betreiben, um damit das Aufheizen des Katalysators zu unterstützen. Zudem stellen zu­ sätzliche Lastquellen (z. B. ein elektrisch beheizter Kataly­ sator) eine zusätzliche Last am Motorabtrieb dar. Eine Spät­ verstellung der Zündung nach dem Kaltstart (unter Umständen ein Einblasen von Sekundärluft) zum gleichen Zweck verändert die Charakteristik des Antriebs, was von Einheit 7 berück­ sichtigt werden muß (z. B. durch Verschieben von Schaltpunkten zu höheren Motordrehzahlen).
Ebenso kann ein bestimmter Betriebszustand im Getriebe die Berechnung der Übersetzung des Getriebes beeinflussen (z. B. kaltes Getriebeöl beim Zuschalten der Wandlerüberbrückung; bei Getriebeübertemperatur ist ein Verschieben der Motordreh­ zahlen in Bereiche, die den Volumendurchsatz der Ölpumpe des Getriebes durch den Ölkühler erhöhen, sinnvoll). Andere auf das Motordrehmoment erfolgende Eingriffe, wie z. B. eine Erhö­ hung, um den Drehmomentverlust durch den Klimakompressor oder Wirkungsgradverluste des Getriebes (CVT: Verstellung der Übersetzung bedingt größere Pumpenleistung) auszugleichen, finden auf der Steuerungsebene repräsentiert durch die Blöcke 8-11 statt, sofern sie nicht auch durch Maßnahmen in Block 7 unterstützt werden müssen.
Durch die erfindungsgemäße Antriebsstrangsteuerung wird nicht nur das Schaltverhalten bei Bergauf und -abfahrt oder bei fahrstil- und fahrsituationsbezogener Fahrleistungsanforde­ rung, sondern die Steuerung des gesamten Antriebsstranges einschließlich der Antriebsquellen anderen Kriterien als herkömmlich unterworfen.
So kann es sinnvoll und notwendig sein, in kritischen Situa­ tionen und Fahrmanövern die aktuelle Übersetzung situations­ bezogen anzupassen (festzuhalten), und zwar unabhängig von der gerade etablierten generellen Strategie. Solche dynami­ schen Korrekturen werden in dem erfindungsgemäßen Steuerungs­ konzept mit der Steuerung des Motors funktional kombiniert (ein Beispiel ist das koordinierte Gangfesthalten und Akti­ vieren der Motorschubabschaltung).
Es ist sinnvoll, in dem Block 12 (Radmomentberechnung) noch keine motorspezifischen Parameter einzubeziehen, da ja zum Beispiel bei einem Hybridantrieb die Wahl der Antriebsart auf dieser Entscheidungsebene noch nicht feststeht. Allerdings ist es nützlich, Bedingungen wie Traktionsverhältnisse (Winterbetrieb, Split-Untergrund) einzubeziehen und vor allem bei stark motorisierten Fahrzeugen präventiv die Empfindlich­ keit des Systems etwas zu reduzieren (bei gleichem Fahrpedal weniger Radmoment oder Getriebeausgangsmoment erzeugen). All­ gemein kann die Umsetzung der Fahrpedalstellung in ein Radmo­ ment oder Getriebeausgangsmoment mit einen Fuzzy-System er­ folgen, das die mehrfachen Abhängigkeiten zu einem Soll-Radmoment oder Getriebeausgangsmoment kombiniert.
Die Vorteile der Erfindung liegen auch in einem integrierten Radmomentmanagement, das das Radmoment oder Getriebeausgangs­ moment auch als negativen Wert verarbeitet und sowohl An­ triebsquellen als auch das Fahrzeug verzögernde Einheiten be­ einflußt. Besonders einfach ist dabei eine Kopplung mit Bremssystemen mit elektrischer Bremsenbetätigung ("Brake by wire").
Im dem Block 7 werden nicht nur die Getriebeübersetzungen und das jeweilige Soll-Motordrehmoment, sondern auch die An­ triebsart und deren einzelne Betriebspunkte festgelegt. Dabei ist nicht nur ein streng radmomentorientierter Betrieb nach Fahrervorgabe möglich, sondern es kann auch durch zentrale Vorgaben bezüglich der Schadstoffemission das reale Radmoment oder Getriebeausgangsmoment beeinflußt oder begrenzt werden. Allerdings müssen solche Eingriffe dem Fahrer durch den Block 16 angezeigt werden und möglichst ohne Restriktionen der Fahrbarkeit erfolgen.
Die Blöcke 2 bis 6, 12 und 16 können in eigenständigen physi­ kalischen Einheiten (Steuergeräten) untergebracht oder in die Einheiten 8-11 integriert sein. Ein weiterer Vorteil der Er­ findung ist diese Flexibilität.
Der Datenaustausch zwischen den einzelnen Steuergeräten er­ folgt momentenbasiert. Unter "momentenbasiert" ist folgendes zu verstehen: Wird zum Beispiel vom Getriebe eine Motormomen­ treduktion angefordert, dann übermittelt es eine Größe an die Motorsteuerung, die das Wunschmoment, d. h. das gewünschte Mo­ tordrehmoment, darstellt und nicht z. B. eine Zündwinkelreduk­ tion um 5% fordert. Umgekehrt wird zur Ermittlung des Motor­ momentes in dem aktuellen Arbeitspunkt zum Beispiel der Ge­ triebesteuerung nicht die Drosselklappenstellung und die Mo­ tordrehzahl übertragen, aus denen die Getriebesteuerung über eine in der Getriebesteuerung abgelegten Matrix das aktuelle Motormoment ermitteln könnte, sondern die Motorsteuerung überträgt über eine Schnittstelle (z. B. CAN) das aktuelle Mo­ tormoment an die Getriebesteuerung.
Aus der Fig. 3 ist ein Ablaufdiagramm ersichtlich, das von der erfindungsgemäßen Antriebsstrangsteuerung 1 abgearbeitet wird. Nach dem Start führt das Programm folgende Schritte S1 bis S4 durch:
S0 Empfang und Aufbereitung der lokalen Umweltdaten und lokalen Umweltgrenzwerte oder Online-Messung der Um­ weltdaten im Fahrzeug
S1 Empfang und Aufbereitung der Navigationsdaten zur Be­ stimmung der Fahrzeugposition
S2 Abfrage, ob die empfangenen und aufbereiteten Umweltda­ ten und Umweltgrenzwerte im Hinblick auf die aktuelle Fahrzeugposition einen Steuerungseingriff (durch die Primär-Fahrstrategieauswahl 6) sinnvoll erscheinen las­ sen: ist dies nicht der Fall, erfolgt ein Rücksprung zum Start; ist ein Eingriff sinnvoll, geht es weiter mit
S3 Anzeige der aktuellen Umweltdaten und Umweltgrenzwerte auf einem Fahrerinformationssystem (Anzeige 16)
S4 Falls durch Fahrer nicht abgelehnt: Übertragung der Um­ weltdaten und Grenzwerte an die den Antriebsstrang re­ gelnden Steller und Regler (7, 9, 10 und gfs. 8, 11).
Damit ist ein Durchlauf des Programms beendet. Es wird je­ weils in vorgegebenen Zeitabständen oder zyklisch erneut ab­ gearbeitet.
Von besonderem Vorteil ist, daß zum einen die den jeweils ak­ tuellen Umweltbedingungen angepaßte Betriebsweise des Kraft­ fahrzeugs laufend ermittelt und dem Fahrer angezeigt wird. Lehnt der Fahrer diese Fahrweise nicht aus besonderen Gründen ab, so wird zum anderen die den aktuellen Umweltbedingungen angepaßte Fahrweise selbsttätig durchgeführt.

Claims (10)

1. Verfahren zum Steuern des Antriebsstrangs eines Kraftfahr­ zeugs, das folgende Schritte einschließt:
  • - die Stellung des Fahrpedals wird als ein vom Fahrer ge­ wünschtes Radmoment oder Getriebeausgangsmoment interpre­ tiert und zum Berechnen von Sollwerten für den Motor und das Getriebe des Kraftfahrzeugs verwendet;
  • - durch eine Berechnungseinrichtung werden die Stellungen des Fahrpedals und des Bremspedals empfangen und daraus zentra­ le Steuerparameter für Antriebsquellen und verzögernde Ein­ heiten des Antriebsstrangs erzeugt, und
  • - Daten über die örtliche Umweltbelastung werden der Berech­ nungseinrichtung zugeführt und in dieser beim Erzeugen der zentralen Steuerparameter derart berücksichtigt, daß eine den jeweils aktuellen Umweltbedingungen angepaßte Fahrweise des Kraftfahrzeugs ermittelt und dem Fahrer angezeigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den aktuellen Umweltbedingungen angepaßte Betriebsweise selbsttätig aktiviert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten über die örtliche Umweltbelastung von einer für die Er­ mittlung oder Weitergabe solcher Daten zuständigen Einrich­ tung in dem Kraftfahrzeug über Funk empfangen und in einem Informationskanal bereitgestellt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten über die örtliche Umweltbela­ stung in dem Kraftfahrzeug gemessen und in einem Informati­ onskanal bereitgestellt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils örtlich vorgeschriebenen Um­ weltgrenzwerte beim Steuern des Antriebsstrangs berücksich­ tigt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Klassifikationseinrichtung Sen­ sorsignale aus dem Antriebsstrang ausgewertet und Betriebspa­ rameter des Kraftfahrzeugs klassifiziert werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Hinblick auf die aktuelle Fahrzeugpo­ sition geprüft wird, ob ein Steuerungseingriff mit den emp­ fangenen und aufbereiteten Umweltdaten sinnvoll ist und die Sicherheit nicht beeinträchtigt, und daß er nur in diesem Fall durchgeführt wird.
8. Integrierte Antriebsstrangsteuerung (1) für ein Kraftfahr­ zeug, durch die die Stellung des Fahrpedals (21) als ein vom Fahrer gewünschtes Radmoment oder Getriebeausgangsmoment in­ terpretiert und zum Berechnen von Sollwerten für den Motor und das Getriebe des Kraftfahrzeugs verwendet wird, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß sie eine Berechnungseinrichtung (12) aufweist, durch die Stellungen des Fahrpedals (21) und des Bremspedals (20) empfangen und daraus zentrale Steuerparameter für Antriebs­ quellen (9) und verzögernde Einheiten (11) des Antriebs­ strangs erzeugt werden, und
  • - daß in einem Informationskanal (5) bereitgestellte Daten über die örtliche Umweltbelastung der Berechnungseinrich­ tung (6) zugeführt und in dieser beim Erzeugen der zentra­ len Steuerparameter derart berücksichtigt werden, daß die Fahrweise des Kraftfahrzeugs den Umweltbedingungen angepaßt wird.
9. Antriebsstrangsteuerung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet,
  • - daß in einer Auswahlschaltung (6) anhand von Ausgangssigna­ len der Klassifikationsschaltung (1.02) und des Informati­ onskanals eine Fahrstrategie ausgewählt wird;
  • - daß gemäß der gewählten Fahrstrategie in einer Steuerschal­ tung (7) eine koordinierte Berechnung der zentralen Be­ triebsparameter des Antriebsstrangs durchgeführt wird, und
  • - daß in dezentralen Steuerungseinheiten (8 bis 11) Ausgangs­ signale der Berechnungseinrichtung (12) und der Auswahl­ schaltung (6) empfangen und Steuersignale für den Motor, das Getriebe und die Bremsanlage des Kraftfahrzeugs erzeugt werden.
10. Antriebsstrangsteuerung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten über die örtliche Umweltbela­ stung von einer für die Ermittlung oder Weitergabe solcher Daten zuständigen Einrichtung (5) in dem Kraftfahrzeug über Funk empfangen und in einem Informationskanal (5) bereitge­ stellt werden.
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