DE19642647C2

DE19642647C2 - Verfahren zur Steuerung des Abtriebsmomentes eines Fahrzeugantriebes

Info

Publication number: DE19642647C2
Application number: DE19642647A
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl Ing Kruse; Uwe Dr Hinrichsen; Detlef Jahn; Manfred Dipl Ing Altenkirch; Carsten Dipl Ing Spichalsky
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1996-10-16
Publication date: 1998-06-04
Anticipated expiration: 2016-10-17
Also published as: DE19642647A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Abtriebsmomentes eines Fahrzeugan triebes, mit einem Antriebsmotor und einem zumindest zwei unterschiedliche Übersetzungen aufweisenden Getriebe im Triebstang, mit einer Steuerungsvorrichtung für den An triebsmotor, einer Steuerungsvorrichtung für das Getriebe und mit einem vom Fahrer betä tigbaren Bedienelement zur Erfassung des Fahrerwunsches (Fahrpedal), dessen Stellung mit einer Abtastfrequenz erfaßt wird, weiter mit einem von der Motorsteuerung betätigten Leistungsstellglied für den Antriebsmotor.

Fahrzeugantriebe der gattungsgemäßen Art sind beispielsweise aus der DE-OS 43 09 903 A1 bekannt. Ein Fahrpedal, bei dem keine mechanische Verbindung zwischen dem Fahrpe dal und dem Leistungsstellglied einer Brennkraftmaschine, beispielsweise der Drosselklappe im Ansaugrohr eines Ottomotors oder dem Verstellnocken der Einspritzpumpe eines Dieselmotors, vorhanden sind, wird auch als E-Gas bezeichnet. Die Kombination einer elek tronischen Motorsteuerung mit einem E-Gas zusammen mit einem konventionellen automa tischen Getriebe oder einem stufenlos verstellbaren, elektronisch gesteuerten Getriebe ist als Fahrzeugantrieb im Sinne dieser Beschreibung aufzufassen. Bei solchen Fahrzeugen mit automatischen Getrieben und einer elektrischen Einspritzpumpe oder herkömmlichen elek tronischen Gaspedal-Systemen wird je nach Verlauf der Schaltkurve des automatischen Getriebes eventuell erst bei einer großen Gaspedalstellung in den nächst kleineren Gang zurückgeschaltet. Bei niedrigen Motordrehzahlen kann es bei hohen Motorlasten zu einem unangenehmen Rappeln oder Brummen des Fahrzeuges kommen. Dies wird bei bekannten Fahrzeugen häufig vermieden, indem die Schaltpunkte des automatischen Getriebes, d. h. die entsprechenden Parameter für die Getriebesteuerung, so ausgelegt werden, daß diese Betriebszustände vermieden werden. Häufig sind diese Schaltpunkte dann nicht verbrauchsoptimal gewählt.

Ähnliche Probleme stellen sich bei höher entwickelten Steuerungen, bei denen die Motor steuerung für die üblicherweise in Fahrzeugen verwendete Brennkraftmaschine und die Getriebesteuerung zu einer Einheit zusammengefaßt sind bzw. miteinander kommunizieren.

Solche integrierten Vorrichtungen werden im Sprachgebrauch der Anmelderin auch als Aggregat-Management-Systeme bezeichnet.

Bei solchen Aggregat-Management-Systemen wird eine bestimmte Stellung des Fahrpedals, oder allgemeiner des zur Erfassung des Fahrerwunsches vorgesehenen Bedienelementes, üblicherweise nicht als konkreter Fahrerwunsch nach einem bestimmten Motorausgangs moment aufgefaßt, sondern generell als Fahrerwunsch nach einem bestimmten Radmo ment, d. h. nach einer bestimmten Vortriebskraft des Fahrzeuges, die subjektiv für den Fah rer mit dem Eindruck einer gewissen Agilität verbunden ist.

Da ein bestimmtes Radwunschmoment, das vom Fahrer durch die Stellung des Fahrpedals vorgegeben wird, unterschiedlich realisiert werden kann, beispielsweise entweder in einem hohen Gang mit niedriger Drehzahl, d. h. mit einem hohen Motorausgangsmoment, oder alternativ in einem niedrigen Gang mit hoher Motordrehzahl, d. h. einem niedrigeren Motor ausgangsmoment, sind bestimmte Steuerungsstrategien notwendig.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Aggregat-Management-Systems.

Ein Fahrzeugantrieb 10 weist eine Brennkraftmaschine 12 auf, mit einem Leistungsstellglied 14. Das Abtriebsmoment der Brennkraftmaschine 12 wird in einem Getriebe 16, das zumin dest zwei unterschiedliche Übersetzungen aufweist, auf zwei Antriebsräder 18 des Fahr zeuges geleitet. Das an den Antriebsrädern 18 anliegende Raddrehmoment bestimmt die Vortriebskraft des Fahrzeuges und damit den subjektiven Fahrereindruck.

Ein Fahrpedal 20 dient zur Erfassung des Leistungswunsches des Fahrers. Ein der Stellung des Fahrpedals 20 proportionales Signal wird in einem Fahrpedalstellwinkelgeber 22 gene riert und einer an sich bekannten Motorsteuerung 24 zugeführt. Die Motorsteuerung 24 erzeugt ein entsprechendes Signal zur Ansteuerung des Leistungsstellgliedes 14 der Brenn kraftmaschine 12. Das über das Fahrpedal 20 und den Fahrpedalgeber erzeugte Signal wird von der Motorsteuerung 24 an die Getriebesteuerung 26 übergeben. In der Getriebesteue rung 26 wird mit entsprechenden Algorithmen ein nach Verbrauchswerten oder sonstigen Kriterien bestimmter Gang gewählt und ein entsprechendes Steuersignal an das Getriebe 16 gesandt. Gleichzeitig wird über eine Rückleitung 28 ein errechnetes Motorsollmoment, das bei dem entsprechenden eingelegten Gang zu dem entsprechenden Radwunschmoment am Antriebsrad 18 führt, an die Motorsteuerung 24 gesandt. Das an das Leistungsstellglied 14 der Brennkraftmaschine 12 gesandte Signal wird so in Abhängigkeit von dem durch die Getriebesteuerung 26 vorgewählten Gang des Getriebes 16 beeinflußt.

Motorsteuerung 24 und Getriebesteuerung 26 bilden zusammen das Aggregat-Manage ment-System AMS.

Bei einem solchen AMS kann es wegen der prinzipiell vergleichsweise aufwendigen Ab stimmung von Motorsteuerung 24 und Getriebesteuerung 26 aufeinander in seltenen Fällen dazu kommen, daß das von dem AMS an das Leistungsstellglied 14 der Brennkraftmaschine 12 gesandte Signal zu gefährlichen Fahrzuständen führt, so daß die Sicherheit der Insassen des Kraftfahrzeuges und der Umgebung gefährdet wird.

Es ist daher wünschenswert, die von der Getriebesteuerung 26 an die Motorsteuerung 24 gesandte Drehmomentvorgabe und somit das ein eine Motorsolleistung darstellende Signal für das Leistungsstellglied der Brennkraftmaschine überprüfen zu können, um gefährliche Fahrzustände des Kraftfahrzeuges sicher ausschließen zu können. Vor diesem Hintergrund ist es aus der DE 40 37 092 A1 an sich bekannt, eine elektronische Getriebe- Steuereinrichtung und eine elektronische Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit dem Ziel der Verringerung des Kraftstoffverbrauchs sowie ruckfreier Schaltvorgänge miteinander Daten austauschen zu lassen. Dabei soll die Getriebesteuerungseinrichtung der Motorsteuereinrichtung insbesondere in einem zyklischen Zeittakt prozentuale Drehmomentanforderungen zuleiten, aufgrund welcher die letztere das Drehmoment der Brennkraftmaschine selbsttätig beeinflußt.

Zudem ist aus der DE 39 21 286 A1 allgemein bekannt, bei einer Steuerung Steuerkommandos und Ausgangsgrößen der Steuerung in einer Überwachungseinheit auf ihre Plausibilität zu überprüfen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren so auszubilden, daß das die Motorsolleistung darstellende Signal mit Sicherheit so gewählt ist, daß gefährliche Fahrzustände ausgeschlossen werden können, und daß sich das gesamte Verfahren leicht mit der baulichen Struktur bekannter Aggregat-Managementsysteme ausführen läßt.

Die Lösung der Aufgabe ist bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gekennzeich net, daß bei stationärer Fahrt das Motorsolldrehmoment durch Vergleich mit einer unteren Grenze für das Motordrehmoment und/oder durch Vergleich mit der aus dem Motorsolldrehmoment bestimmten Motorsolleistung mit einer oberen Grenze für die Motorleistung auf Plausibilität überprüft wird, wobei die genannten Grenzen als Funktion von der Fahrpedalstellung gegeben sind.

Besonders bevorzugt wird der Drehmomentverlauf der Brennkraftmaschine über der Dreh zahl in Abhängigkeit von Umwelteinflüssen, wie beispielsweise der abnehmenden Luftdichte bei Betrieb des Kraftfahrzeuges in großen Höhen, als Grundlage verwendet, um die ge wünschte obere und untere Grenze generieren zu können. Dabei wird das bei einer Kurbel wellendrehzahl gegebene maximale mögliche Motordrehmoment mit einem Gewichtungs faktor <1 multipliziert, der als Funktion der Stellung des Fahrpedals gegeben ist. So wird die untere Grenze (M_min) bestimmt. Um eine obere maximale Leistung als Grenze in Abhän gigkeit von Drehzahl und Fahrpedalstellung generieren zu können, wird das maximal mögli che Drehmoment jeweils mit der Kurbelwinkelgeschwindigkeit ω (=2πn) multipliziert, und die so erhaltene maximale Leistung mit einem Gewichtungsfaktor <1 multipliziert, der als Funk tion der Stellung des Fahrpedals gegeben ist.

Für ein komfortables Getriebemanagement ist es erforderlich, die so erfindungsgemäß vor gegebenen Überwachungsgrenzen für stationäre Fahrt kurzzeitig über- oder unterschreiten zu können. So muß bei einer Vollast-Hochschaltung, bei der das Fahrpedal voll durchgetre ten ist, im allgemeinen das Motordrehmoment kurzzeitig unter die untere Überwachungs grenze abgesenkt werden, um die in schleifenden Kupplungen des automatischen Getriebes durch Dissipation in Wärme umgesetzte Arbeit zu begrenzen und so längere Schaltvorgänge zu vermeiden.

Bei einer Rückschaltung, insbesondere im Schub, sollte das AMS dagegen die Motorlast über die obere Überwachungsgrenze kurzzeitig anheben können, um die rotatorischen Massen des Motors kurzfristig auf die höhere, nach der Schaltung benötigte Drehzahl be schleunigen zu können, und so einen Schubruck zu vermeiden.

In beiden genannten Fällen ändert sich die Motordrehzahl und das Motormoment bzw. die Motorleistung wird außerhalb der erfinderisch vorgeschlagenen statischen Überwachungs grenzen zur Änderung der Motordrehzahl eingesetzt. Das Abtriebsmoment des Fahrzeuges, das der Fahrer beim AMS durch die Fahrpedalstellung vorgibt, kann also in bestimmten Situationen gerade dadurch eingehalten werden, daß die erfindungsgemäß vorgesehenen Überwachungsgrenzen für den statischen Betrieb kurzfristig überschritten werden.

Um auch die kurzzeitige Überschreitung der erfindungsgemäß vorgesehenen Grenzen des generierten Signals auf Plausibilität überprüfen zu können, ist gemäß bevorzugten Ausfüh rungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens weiterhin vorgesehen, daß bei einer Über schreitung der oberen Überwachungsgrenzen die Leistung, die zur Erhöhung der Motor drehzahl eingesetzt wird, bei der Plausibilitätskontrolle berücksichtigt wird. Dies ist in den Unteransprüchen näher beschrieben. Entsprechend läßt sich das durch Verringern der Motordrehzahl gewonnene Kurbelwellenmoment bei Unterschreitung der unteren Über wachungsgrenze bestimmen und die Plausibilitätskontrolle entsprechend korrigieren.

Damit Meßwertstreuungen sowie Tot- und Verzögerungszeiten nicht unmittelbar zu einer unbeabsichtigten Plausibilitätsverletzung führen, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungs form der Erfindung ein Puffer in Form einer Momentenzeitfläche für die untere und in Form einer Leistungszeitfläche für die obere Überwachungsgrenze vorgesehen.

Bevorzugte Ausführungsformen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen erläutert und werden im folgenden anhand der Zeichnungen auch näher erläutert werden. Die Abwei chungen jeweils von den beiden genannten erfinderisch vorgesehenen Überwachungs grenzen werden in zwei getrennten Puffern akkumuliert. Liegt ein angefordertes Sollmoment unterhalb der unteren oder eine sich hieraus ergebene Leistung oberhalb der oberen Über wachungsgrenze, wird der zugehörige Puffer entsprechend erhöht, ansonsten verringert, minimal bis zum Wert 0. Bei Überschreiten der oberen Grenze eines Puffers wird eine Plau sibilitätsverletzung im dynamischen Betrieb (d. h. bei instationärer Fahrt) erkannt.

Indem die Motordrehzahlgradienten in die Plausibilitätsüberwachung einbezogen werden, können die Puffer trotz ausreichender dynamischer Getriebeeingriffe in das Motordrehmo ment klein gehalten werden. Bei einer Ausführungsform der Erfindung war ein Puffer von 10 kWs für die obere Überwachungsgrenze und ein Puffer von 20 Nms für die untere Überwa chungsgrenze ausreichend.

Bei einem solchen AMS kommt es u. U. über die eingangs geschilderten Komforteinbußen hinaus zu einem subjektiv schlechten Fahrverhalten, wenn der Fahrer die Stellung des Fahrpedals 20 stark ändert, d. h. entweder beschleunigt, weil er beispielsweise zu einem Überholvorgang ansetzt oder aber durch schnelles Loslassen des Fahrpedals Motorbrems leistung anfordert. Das der entsprechenden Stellung des Fahrpedals 20 proportionale Signal führt unmittelbar zu einer entsprechenden Beeinflussung der Getriebesteuerung 26. Die in der Getriebesteuerung ablaufenden Algorithmen erfordern jedoch häufig zu lange Bearbei tungszeiten, so daß die Rückmeldung des adäquaten Motorsollmoments über die Rücklei tung 28 häufig verzögert auftritt. Subjektiv stellt sich daher für den Fahrer der Eindruck ein, daß das Fahrzeug verzögert auf den Fahrerwunsch reagiert.

Um bei den genannten Fahrzeugantrieben die geschilderten Nachteile zu beheben, wird erfindungsgemäß weiterhin vorgeschlagen, daß bei einer Veränderung des den Fahrermo mentenwunsch darstellenden Signals durch Veränderung der relativen Lage des Betäti gungsorgans (Niedertreten oder Loslassen des Fahrpedals) das Signal in der Motorsteue rung in Abhängigkeit von dem Getriebezustand bearbeitet wird. Dabei ist erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehen, daß die Weiterleitung des Signals zu dem Leistungsstellglied des Antriebsmotors verzögert und/oder das Signal vergrößert oder verkleinert wird. Diese in der Motorsteuerung vorgenommene Manipulation des Signals führt dazu, daß die durch die Bearbeitungszeit, die die Getriebesteuerung 26 nach einer Änderung des vom Fahrpedal stellwinkelgeber 22 gelieferten Signals benötigt, entstehende Latenzzeit korrigiert wird oder das störende Brummen bei untertouriger Fahrt entfällt.

Erfindungsgemäß ist insbesondere vorgesehen, daß zu dem Signal ein Vorhalt addiert wird, der das gleiche Vorzeichen aufweist, wie der Gradient des Signals. Dabei wird dieser Vor haltwert bevorzugt in Abhängigkeit von der momentanen Motorleistung und/oder Getriebe drehzahl bestimmt.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Vorhaltwert proportional be stimmt zu den Quotienten aus einem von der Getriebesteuerung angeforderten Motorsoll moment und der relativen Stellung des Bedienelementes, sowie proportional zu einer festge legten Steilheit, die gangabhängig sein kann.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen erläutert.

Bei einer Veränderung der Stellung des Fahrpedals, d. h. bei einem Fahrerwunsch nach hö herem oder niedrigerem Raddrehmoment, wird zunächst überprüft, ob ein Gangwechsel des Getriebes 16 notwendig ist. Ist ein Gangwechsel notwendig, so wird die Weiterleitung des Signals an das Leistungsstellglied der Brennkraftmaschine unter Umständen verzögert, um das unangenehme Rappeln oder Brummen, das sich einstellt, wenn in niedrigen Gängen die Brennkraftmaschine mit hoher Last betrieben wird, zu vermeiden. Ist kein Gangwechsel notwendig, so wird das Signal sozusagen künstlich vergrößert oder verkleinert, um die durch die in der Getriebesteuerung 26 ablaufenden Algorithmen sich ergebende Latenzzeit zu überbrücken und dem Fahrer das Radwunschmoment an den Antriebsrädern möglichst ohne Verzögerung zur Verfügung zu stellen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 den bereits geschilderten Aufbau eines Fahrzeugan triebes mit einem Aggregat-Management-System,

Fig. 2 eine grafische Darstellung der oberen Plausibilitäts grenze P_max und der unteren Plausibilitätsgrenze M_min,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines zur Plausibili tätsüberwachung der unteren Grenze M_min eingesetzten Algorithmus,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines zur Überwachung der oberen Plausibilitätsgrenze P_max verwendeten Algorithmus,

Fig. 5 eine schematische Darstellung des Drehmomenten- Vorhalts im Motorsteuergerät bei Fahrpedaländerung, und

Fig. 6 ein Beispiel für eine Plausibilitätsüberwachung des im Motorsteuergerät generierten Drehmomenten-Vorhalts.

Die Fig. 1 ist bereits in der Beschreibungseinleitung gewürdigt worden.

Um das über eine Leitung 30 vom Aggregat-Management-System an das Leistungs stellenglied 14 der Brennkraftmaschine 12 gesandte, ein Motorsollmoment bzw. eine Motor solleistung darstellende Signal auf Plausibilität hin überprüfen zu können, wird erfindungs gemäß vorgeschlagen, eine obere Grenze P_max und eine untere Grenze M_min zu verwenden, die Funktionen des Pedalweg s_pwg sind.

Dabei ergibt sich die obere Grenzkurve P_max(s_pwg), indem eine bekannte Funktion P_max(u,n) mit einem Gewichtungsfaktor k_P(s_pwg) multipliziert wird, wobei der Gewichtungsfaktor k_P immer kleiner als 1 ist. Die Schreibweise P_max(u,n) deutet an, daß die Leistung in bekannter Weise von der Kurbelwellendrehzahl (n) abhängt und darüber hinaus von Umwelteinflüssen, wie beispielsweise der Betriebshöhe des Kraftfahrzeuges. So wird beispielsweise dem Um stand Rechnung getragen, daß eine Verbrennungskraftmaschine bei geringerer Luftdichte geringere Leistungen abgibt.

Auf gleiche Weise wird eine untere Grenze M_min als Funktion des Pedalwegs s_pwg generiert, indem eine bekannte Drehmomentkurve M_max(u,n) mit einem Gewichtungsfaktor k_M(s_pwg) multipliziert wird, der immer kleiner als 1 ist. Fig. 2 zeigt, daß bis zu einem Pedalweg von 60% der Gewichtungsfaktor k_M Null ist, d. h. bis zu diesem Pedalweg erscheint es plausibel, daß der Motor angewiesen wird, kein nutzbares Drehmoment abzugeben bzw. lediglich die eigenen Verluste und die des Getriebes zu überwinden. In dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel steigt die Funktion M_min dann linear an, bis bei voll niedergetretenem Pedal (s_pwg=100%) ein Drehmoment M_min erreicht ist, das bei Vollast nicht unterschritten werden kann. Die in Fig. 2 gezeichneten Kurven P_max und M_min sind streng genommen als senkrechte Schnitte zu einer dritten Achse, die senkrecht zur Zeichenebene in Fig. 2 verläuft und die Drehzahl der Kurbelwelle darstellt, aufzufassen, so daß P_max und M_min "Begrenzungsflächen" sind, d. h. Funktionen zumindest zweier Variabler, nämlich der Drehzahl "n" der Kurbelwelle der Brenn kraftmaschine 12 und des Pedalwegs s_pwg. Darüber hinaus kann, wie beschrieben, zusätz lich der Umwelteinfluß berücksichtigt werden, so daß sich unterschiedliche Begrenzungsflä chen ergeben, je nach beispielsweise Luftdichte o. ä. Schließlich ist es denkbar, den Getrie bezustand zu berücksichtigen, so daß unterschiedliche eingelegte Gänge unterschiedliche Grenzfunktionen nach sich ziehen.

Die in Fig. 2 schraffiert dargestellten Flächen sind "verbotene Bereiche" für den stationären Betrieb.

Um während des Schaltens des Getriebes eine komfortable Getriebe- und Motorsteuerung zu ermöglichen, ist es notwendig, kurzfristig ein Überschreiten der in Fig. 2 dargestellten Grenzen zuzulassen.

Die Fig. 3 und 4 zeigen Algorithmen, mit denen eine solche Überschreitung der Grenzen zugelassen werden kann, ohne vollständig auf eine Plausibilitätsbetrachtung verzichten zu müssen.

Fig. 3 zeigt zunächst ein Flußdiagramm mit dem eine Plausibilitätsbetrachtung hinsichtlich des minimalen Drehmoments M_min durchgeführt wird.

In einem ersten Schritt wird gemäß der Formel

ΔM_st = M_motsoll - M_max(u,n).k_M(s_pwg)

zunächst ein statischer Fehler gebildet, indem die Differenz zwischen dem von der Getrie besteuerung angeforderten Motorsollmoment M_motsoll und der Grenze M_min gebildet wird. In einem nächsten Schritt wird zunächst überprüft, ob der Fehler ΔM_st kleiner ist als ein erster Grenzwert g₁ z. B. Null. Ist der Fehler größer, so wird daraus geschlossen, daß keine Ver letzung der statischen Plausibilität vorliegt und einem dynamischen Fehler ΔM_dyn der Wert ΔM_st zugewiesen. Ist der statische Fehler ΔM_st kleiner als ein erster Grenzwert g₁, d. h. ist die im zweiten Schritt gezeigte Ungleichung erfüllt, so wird ein dynamischer Fehler ΔM_dyn gemäß folgender Formel ermittelt:

Auf diese Weise wird der Anteil des Drehmoments berücksichtigt, der beispielsweise beim Hochschalten unter Vollast von rotatorischen Massen in Form gespeicherter Energie zur Verfügung gestellt wird. Der Gradient dω/dt der Kurbelwellendrehzahl bzw. der Winkelge schwindigkeit geht also in die Plausibilitätsbetrachtung bei dynamischen Fahrverhältnissen ein. Alternativ kann auf den Vergleich "ΔM_st<g₁" verzichtet und immer der linke Zweig durchlaufen werden.

Im nächsten Schritt der Inhalt eines Speichers B im Abtastschritt k um das Produkt ΔM_dyn. t_Abtast verringert. Dieses Produkt ist positiv, wenn das Motorsollmoment oberhalb eines Mini malwerts liegt, andernfalls ist es negativ. Der so gebildete Speicher bzw. Pufferinhalt B_k wird daraufhin überprüft, ob er größer ist als ein Grenzwert C_m, eine sogenannte Momentenzeit fläche. Diese kann beispielsweise 20 Nms betragen. Wird dieser Grenzwert überschritten, so wird auf eine verletzte Plausibilität geschlossen.

Ist der so gebildete neue Speicherinhalt für den k-ten Abtastzyklus B_k kleiner als 0, so wird der Speicherinhalt zu 0 gesetzt. Der Speicher- bzw. Pufferinhalt B_k wird im nächsten, d. h. k+1-ten Abtastzyklus zur Bildung des neuen Pufferinhaltes B_k+1 herangezogen.

Völlig analog erfolgt gemäß Fig. 4 die Überprüfung der oberen Grenze.

Ein Fehler ΔP_st für den stationären Fall wird gemäß der Formel

ΔP_st = M_motsoll.ω_mot - P_max(u,n).k_p(s_pwg)

gebildet. Dabei ist die Formel analog der entsprechenden Formel in Fig. 3 aufgebaut, wo bei die maximal theoretisch vom Motor lieferbare Leistung P_max(u,n) über die Winkelge schwindigkeit ω_mot der Kurbelwelle direkt mit dem maximalen Drehmoment M_max(u,n) in Be zug steht.

In einem nächsten Schritt wird überprüft, ob der Fehler ΔP_st kleiner ist als ein Grenzwert g₃. Falls der Fehler größer ist, ist die statische Plausibilität zunächst verletzt. Es wird nun der dynamische Fehler ΔP_dyn gemäß folgender Formel

berechnet. Dabei geht wie bei der Berechnung des dynamischen Momentfehlers ΔM_dyn der Gradient der Kurbelwellendrehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit dω/dt direkt in die Berech nung ein. Alternativ kann auf den Vergleich "ΔP_st<g₃" in Fig. 4 verzichtet und immer der linke Zweig durchlaufen werden.

Der Inhalt eines Speichers A, der ebenfalls wieder als Puffer dient, wird um das Produkt ΔP_dyn.t_Abtast, das auch negativ sein kann (z. B. wenn das angeforderte Motorsollmoment in nerhalb der statischen Plausibilitätsgrenzen liegt), erhöht. Der Inhalt des im k-ten Abtastzy klus so gebildeten Speicherinhalts A_k wird mit einer Leistungszeitfläche (Grenzwert, Kon stante) C_p verglichen. Ist der Pufferinhalt größer als die Leistungszeitfläche, die beispielsweise 10 kWs betragen kann, so wird auf eine Verletzung der Plausibilität geschlossen.

Der Pufferinhalt A_k kann nicht kleiner werden als 0, so daß gesetzt wird A_k=0, falls die Substraktion der Konstanten a einen negativen Speicherinhalt ergeben würde.

Die erfindungsgemäße Plausibilitätskontrolle ermöglicht eine wesentlich präzisere Steuerung von Motor und Getriebe, ohne daß die Gefahr bestünde, das Kraftfahrzeug ungewollt in ge fährliche Situationen zu bringen, in dem unsinnige Steuerbefehle an das Leistungsstellglied 14 der Brennkraftmaschine 12 gesandt werden.

Darüber hinaus wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Motor steuergerät 24 ein Vorhalt generiert, der in Abhängigkeit vom über die Rückleitung 28 vom Getriebesteuergerät 26 angeforderten Motorsollmoment und der relativen Fahrpedalstellung generiert wird. Dabei kann in der Motorsteuerung nach folgendem Programmbeispiel vorgegangen werden:
/*Motorleistungsabhängiger Faktor*/
faktor=M_motsoll/rel_Fahrpedalstellung*STEILHEIT_VORHALT
/*Begrenzung von Faktor*/
if (faktor< FAKTOR_MAX)
faktor=FAKTOR_MAX
else if (faktor<FAKTOR_MIN)
faktor=FAKTOR_MIN;
/*FIR-FILTER*/
vorhalt [n]=C1*(Fahrpedalstellung [n]-Fahrpedalstellung [n-1]+ C2*(Fahrpedalstellung [n-1]-Fahrpedalstellung [n-2])
/*Begrenzung von Vorhalt*/
if (vorhalt<VORHALT_MAX)
vorhalt=VORHALT_MAX
else if (vorhalt<VORHALT_MIN)
vorhalt=VORHALT_MIN.

Wie die erste Programmzeile zeigt, wird ein Faktor berechnet, der proportional ist zum vom Getriebe 26 über die Rückleitung 28 angeforderten Motorsollmoment, jedoch umgekehrt proportional zur relativen Fahrpedalstellung. Dieser Quotient wird mit einer definierten Steil heit multipliziert, die gangabhängig sein kann. Der sich so ergebende Faktor geht unmittel bar in den errechneten Vorhalt ein.

Damit bei einer unverändert bleibenden Fahrpedalstellung der Vorhalt mit der Zeit abgebaut wird, wird ein sogenanntes FIR-Filter benutzt. Wie aus dem entsprechenden Programmteil hervorgeht, wird der Vorhalt im n-ten Abtastschritt berechnet, indem auf die zwei zuvor lie genden Fahrpedalstellungen ebenfalls zurückgegriffen wird. Ist die Fahrpedalstellung wäh rend der letzten drei Abtastschritte unverändert geblieben, so wird der Vorhalt auf null gesetzt. Ein FIR-Filter (Finite Impulse Response) stellt daher ein Regelverhalten zur Verfü gung, das einer abklingenden Sprungantwort entspricht.

Der im ersten Programmschritt berechnete Faktor, der in die Berechnung des Vorhalts ein geht, wird nach oben und nach unten begrenzt.

Ebenso wird der schließlich berechnete Vorhalt nach oben und nach unten begrenzt. Hierfür sind die entsprechenden Programmteile zuständig, die selbsterklärend sind.

Das von der AMS-Steuerung ausgegebene Motorsollmoment, das letztendlich an das Lei stungsstellglied 14 der Brennkraftmaschine 12 (Fig. 1) geliefert wird, entspricht daher dem von der Getriebesteuerung 26 über die Rückleitung 28 angeforderten Momentenwunsch (in Abhängigkeit von dem von der Getriebesteuerung gewählten Gang) plus einem Vorhalt, der innerhalb der Latenzzeit, d. h. der von Getriebesteuerung 26 benötigten Zeit, wieder abge baut wird. So wird der Fahrerwunsch ohne Latenzzeit weitergegeben.

Fig. 5 zeigt die entsprechenden Sachverhalte an einem gerechneten Beispiel. Auf der linken Achse ist die Fahrpedalstellung in Prozent angegeben. 100% entspricht dem völlig niedergetretenen Fahrpedal, d. h. der Fahrer möchte maximale Motorleistung abfordern, um entweder maximal zu beschleunigen oder die maximal mögliche Endgeschwindigkeit zu fah ren. Auf der rechten Seite ist der normierte Vorhalt in Prozent aufgetragen. Auf der Koordi nate sind 30 Zeiteinheiten aufgetragen, wobei davon ausgegangen wird, daß die Abtastfre quenz 1 pro Zeiteinheit ist.

Zum Zeitpunkt null ist das Fahrpedal zu 30% niedergetreten. Da dies während der fünf nächsten Zeiteinheiten unverändert bleibt, liegt ein stationärer Zustand vor und dementspre chend ist der mit einer punktierten Linie dargestellte Vorhalt, wie an der rechten Achse der Darstellung ablesbar ist, null. Zum Zeitpunkt 5 tritt der Fahrer das Fahrpedal kontinuierlich nieder, dieser kontinuierliche Vorgang setzt sich bis zum Zeitpunkt 10 fort. Wegen der dis kreten Abtastung ergibt sich eine Treppenfunktion. Das sich ohne Vorhalt ergebende Mo tormoment folgt verzögert. Wie der Verlauf des Motormoments zwischen den Zeitpunkten 5 und 7 zeigt, wird das Motormoment nicht erhöht, obwohl erhöhtes Motormoment vom Fahrer abgefordert worden ist, gleichbedeutend mit einem erhöhten Raddrehmoment. Da der punktiert gezeichnete Vorhalt jedoch unmittelbar mit der Änderung der Fahrpedalstellung zum Tragen kommt, entspricht die Summe aus dem angeforderten Motormoment M_mot und dem Vorhalt, d. h. die Kurve M-Summe, in etwa dem, was der Fahrer durch die Änderung der Fahrpedalstellung abgefordert hat.

Zwischen den Zeitpunkten 10 und 20 bleibt die Fahrpedalstellung wieder konstant. Der im geschilderten Programmbeispiel integrierte FIR-Filter sorgt dafür, daß der Vorhalt wieder abgebaut wird. Entsprechend ist der Vorhalt zwischen den Zeitpunkten 12 und 20 zu null gesetzt, entsprechend der Tatsache, daß das verzögert aufgebaute Motormoment M_mot dem abgeforderten Motormoment entspricht. Zwischen den Zeitpunkten 20 und 30 ist durch eine entsprechende fallende Treppenfunktion der Fahrpedalstellung symbolisiert, daß der Fahrer das Fahrpedal losläßt. Entsprechend wird das Motormoment M_mot zeitverzögert abgebaut. Um dem Fahrerwunsch genauer folgen zu können, wird dem negativen Gradienten des Fahrpedal-Signals entsprechend ein negativer Vorhalt addiert.

Fig. 6 zeigt eine Beispielrechnung für eine Überwachungsfunktion, d. h. eine Plausibilitäts betrachtung. Aus Sicherheitsgründen ist es wünschenswert, daß der generierte Vorhalt im Motorsteuergerät selbst auf Plausibilität hin überprüft wird. Hierdurch soll vermieden werden, daß ein zu großer Vorhalt das Fahrverhalten des Fahrzeuges in gefährlicher Weise beeinflußt. Beispielsweise kann ein generierter, den tatsächlichen Umständen jedoch nicht entsprechender Vorhalt zu einem unbeabsichtigten Beschleunigen des Fahrzeuges und damit einem schwer kontrollierbaren Fahrverhalten führen.

Für die Konstruktion der Überwachungsfunktion ist davon ausgegangen worden, daß die relative Fahrpedalstellung in grober Näherung auch proportional zu der abgeforderten Fahr zeugleistung und damit proportional der abgeforderten Motorleistung ist.

Im folgenden ist ein Beispielprogramm für eine Plausibilitätsbetrachtung dargestellt:
/*Berechnung der Leistungsabweichung*/
P_{mot_plau}=relative_FPstellung*P_{mot_max}
P_ist=2*n_mot*M_{mot_soll}
delta_P=P_ist - P_{mot_plau}
/*Berechnung des Abweichungsintegrals*/
Abw_Int=Abw_Int+delta_P
if (Abw_Int<ZULÄSSIGE_ABW)
Abw_Int=Abw_Int-ZULÄSSIGE_ABW
else if (Abw_Int<-(ZULÄSSIGE_ABW))
Abw_Int=Abw_Int+ZULÄSSIGE_ABW
else
Abw-Int=0
/*Grenz-Überwachung und ggf. Umschaltung*/
if(Abw_Int<GRENZE_ABW)
HANDSCHALTBETRIEB.

Die als plausible angenommene Motorleistung wird in der ersten Programmzeile berechnet, indem die maximale Motorleistung mit der relativen Fahrpedalstellung, angegeben in Pro zent, multipliziert wird. Ist das Gaspedal beispielsweise halb niedergetreten, so wird davon ausgegangen, daß in grober Näherung auch die halbe Motorleistung abgefordert wird.

Die tatsächlich generierte Motorleistung wird erfaßt, indem das in das Leistungsstellglied 14 der Brennkraftmaschine 12 ausgegebene Signal M_{mot_soll}, d. h. das tatsächlich anliegende Motorsollmoment mit der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle multipliziert wird. Diese beträgt 2π n_mot.

Das sich so ergebende ΔP entspricht der Differenz zwischen der plausiblen Motorleistung und der tatsächlich generierten Motorleistung.

Der folgende Programmteil dient dazu, die in jedem Abtastschritt gefundene Differenz ΔP aufzuintegrieren, jeweils abzüglich einer zulässigen Abweichung, die als tolerabel einge schätzt wird. Anders ausgedrückt: Es werden nicht die tatsächlich errechneten Leistungsdif ferenzen ΔP aufintegriert bzw. addiert, sondern lediglich die Leistungsdifferenz-Anteile, die die zulässige Abweichung jeweils überschreiten.

Überschreitet der Betrag der aufaddierten Fehler, d. h. das Abweichungsintegral, eine be stimmte Grenze, die in Fig. 3 gestrichelt dargestellt ist, so wird die Motorsteuerung auf Handschaltbetrieb oder einen Weiterlauf ohne Beachtung der Momentenschnittstelle umge schaltet, d. h. der Vorhalt entfällt und damit ein gefährliches Fahrverhalten.

Fig. 6 zeigt eine Beispielrechnung. Auf der linken Achse ist die Leistungsdifferenz ΔP in einer fiktiven Leistungseinheit normiert, d. h. dimensionslos aufgezeichnet. Auf der rechten Achse sind die entsprechenden Werte für das Abweichungsintegral aufgeführt. Während der ersten drei Zeiteinheiten ist die durch die Überwachungsfunktion errechnete Leistungsab weichung ΔP relativ gering, d. h. zirka ein Wert von 15. Bei einem zulässigen Wert, d. h. einer zulässigen Abweichung von zirka 12, werden lediglich die Differenzen zwischen 12 und 15 aufaddiert, dementsprechend steigt die Kurve für das Abweichungsintegral zwischen 0 und 3 Zeiteinheiten nur unwesentlich an. Zwischen 3 und 12 Zeiteinheiten springt die ange nommene Leistungsabweichung ΔP auf einen Wert von zirka 90. Da nicht diese 90 zu dem Abweichungsintegral integriert werden, sondern in jedem Abtastschritt gemäß dem darge stellten Programm die zulässige Abweichung jeweils subtrahiert wird, ergibt sich für das Ab weichungsintegral eine langsam ansteigende Treppenfunktion.

Bei dem in Fig. 6 gezeichneten Beispiel liegen die Maximalwerte für das Abweichungsinte gral bei ± 800. Noch bevor der in Fig. 3 gezeichnete Verlauf des Abweichungsintegrals diese Grenze überschreitet, sinkt die Abweichung ΔP wieder auf null, beispielsweise weil der anhand von Fig. 2 erläuterte FIR-Filter den Vorhalt rechtzeitig verringert hat. In dem in Fig. 6 dargestellten Beispiel kommt es also nicht zu einem Überschreiten der für das Ab weichungsintegral vorgegebenen Grenzwerte, d. h. die erfindungsgemäße Steuerung mit Vorhalt braucht nicht abgeschaltet zu werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt bei elektronischen Motorsteuerungen und Getrie besteuerungen zu einem subjektiv deutlich verbesserten Fahrverhalten.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung des Abtriebsmomentes eines Fahrzeugantriebes, mit einem Antriebsmotor (12) und einem zumindest zwei unterschiedliche Übersetzungen aufweisenden Getriebe (16) im Triebstrang, mit einer Steuerungsvorrichtung (24) für den Antriebsmotor, einer Steuerungsvorrichtung (26) für das Getriebe und mit einem vom Fahrer betätigbaren Bedienelement (Fahrpedal 22), dessen Stellung bei stationärer Fahrt zur Erfassung des Fahrerwunsches mit einer Abtastfrequenz erfaßt wird, und mit einem von der Motorsteuerung betätigten Leistungsstellglied (14) für den Antriebsmotor (Aggregat-Management-System; AMS), dadurch gekennzeich net, daß bei stationärer Fahrt das Motorsolldrehmoment durch Vergleich mit einer unteren Grenze für das Motordrehmoment und/oder durch Vergleich mit der aus dem Motorsolldrehmoment bestimmten Motorsolleistung mit einer oberen Grenze für die Motorleistung auf Plausibilität überprüft wird, wobei die genannten Grenzen als Funktionen von der Fahrpedalstellung gegeben sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Grenze für das Motordrehmoment gebildet wird durch Multiplikation des maximal möglichen Motordrehmoments in Abhängigkeit von der Kurbelwellendrehzahl (M_max(n)) mit ei nem Gewichtungsfaktor <1, der als Funktion der Stellung des Fahrpedals gegeben ist (k_M(s_pwg)).

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das maximale Motor drehmoment zusätzlich in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen bekannt ist (M_max(u,n)).

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Grenze für die Motorleistung bestimmt wird durch Multiplikation der maximalen Motorleistung (P_max(n)=M_max(n)*ω) mit einem Gewichtungsfaktor <1, der als Funktion der Stellung des Fahrpedals (k_p(s_pwg)) gegeben ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Grenze für die Motorleistung zusätzlich von Umweltbedingungen abhängt (P_max(u,n)=M_max(u,n)*ω).

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Grenze für die Motorleistung und/oder die untere Grenze für das Motordrehmoment für unterschied liche Motor- und/oder Getriebezustände unterschiedliche Funktionen sind.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Schalten des Getriebes (instationärer Fahrzustand) ein zeitlich begrenztes Überschreiten der oberen Grenze für die Motorleistung und/oder ein zeitlich be grenztes Unterschreiten der unteren Grenze für das Motordrehmoment zugelassen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem instationären Fahrzustand zunächst überprüft wird, ob die angeforderte Motorsolleistung größer ist, als die jeweilige obere Grenze für die Motorleistung (Verletzung der statischen Plausibilität), daß zutreffendenfalls die Abweichung (ΔP_st) durch das Produkt aus dem rotatorischen Massenträgheitsmoment des Motors, der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle und dem Gradienten der Winkelgeschwindigkeit korrigiert wird, daß die so ermittelte dynamische Abweichung (ΔP_dyn) mit der Abtastzeit multipliziert und aufaddiert (Pufferinhalt A) und mit einem Grenzwert (C_P) verglichen wird, und daß auf eine Verletzung der dynamischen Plausibilität geschlossen wird, wenn die ge bildete Summe diesen Grenzwert (Leistungszeitfläche C_P) überschreitet.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt aus der dynamischen Abweichung (ΔP_dyn) und der Abtastzeit (t_Abtast) nur dann zur Summe des k-ten Abtastzyklus addiert (Pufferinhalt A) wird, wenn die dynamische Abwei chung (ΔP_dyn) eine definierte Grenze überschreitet.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß im k-ten Ab tastzyklus in dem Fall, daß die dynamische Abweichung (ΔP_dyn) innerhalb festgeleg ter Grenzen liegt, die Summe der dynamischen Abweichungen multipliziert mit der jeweiligen Abtastzeit (Pufferinhalt A) um eine Konstante verringert oder zu null ge setzt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem instationären Fahrzustand zunächst geprüft wird, ob das angeforderte Motorsollmoment unterhalb der unteren Grenze für das Motordrehmoment liegt (Überprüfung der statischen Plausibilität), daß zutreffendenfalls die Differenz (ΔM_st) um das Produkt aus dem rotatorischen Massenträgheitsmoment des Motors und dem Gradienten der Drehzahl der Kurbelwelle korrigiert wird (ΔM_dyn), daß die so gebildeten dynamischen Ab weichungen mit der Abtastzeit multipliziert werden, daß die so gebildeten Produkte in jedem Schritt addiert (Pufferinhalt B) und mit einer Konstanten (Momentenzeitfläche C_M) verglichen werden, und bei Überschreiten der Konstanten auf einer Verletzung der dynamischen Plausibilität geschlossen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt aus der dynamischen Abweichung (ΔM_dyn) und der Abtastzeit (t_Abtast) nur dann zur Summe des k-ten Abtastzyklus addiert (Pufferinhalt A) wird, wenn die dynamische Abwei chung (ΔM_dyn) eine definierte Grenze überschreitet.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß im k-ten Ab tastzyklus in dem Fall, daß die dynamische Abweichung (ΔM_dyn) innerhalb festgeleg ter Grenzen liegt, die Summe der dynamischen Abweichungen multipliziert mit der jeweiligen Abtastzeit (Pufferinhalt B) um eine Konstante verringert oder zu null ge setzt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Veränderung des den Fahrermomentenwunsch darstellenden Signals durch Veränderung der relativen Lage des Betätigungsorgans (Niedertreten oder Loslassen des Fahrpedals) das Signal in der Motorsteuerung in Abhängigkeit von dem Getriebezustand bearbeitet wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Weiterleitung des Signals zu dem Leistungsstellglied des Antriebsmotors verzögert und/oder das Signal vergrößert oder verkleinert wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Signal ein Vorhalt addiert wird, der das gleiche Vorzeichen aufweist wie der Gradient des Si gnals.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorhaltwert in Ab hängigkeit von der momentanen Motorleistung und/oder Getriebedrehzahl bestimmt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorhaltwert pro portional bestimmt wird zu dem Quotienten aus einer Steuerungsanordnung ange forderten Motorsollmoment und der relativen Stellung des Bedienelementes, sowie proportional zu einer festgelegten Steilheit.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der errechnete Vor haltwert einer Plausibilitätsbetrachtung unterworfen wird, indem das Produkt aus eingestelltem Motormoment und Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle des Motors (Istleistung) verglichen wird mit dem Produkt aus relativer Stellung des Bedienele ments und der maximalen Motorleistung (plausible Solleistung).

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzen aus Istleistung und plausibler Solleistung mit der definierten Abtastfrequenz aufaddiert werden, daß der Betrag der Summe in jedem Abtastschritt um einen Abbauwert ver ringert wird und daß der Vorhaltwert zu null gesetzt wird, wenn die Summe ("Abweichungsintegral") einen Grenzwert überschreitet.

21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorhaltwert schrittweise mittels eines FIR-Filters berechnet wird.

22. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Erhöhung des den Fahrermomentenwunsch darstellenden Signals durch Veränderung der re lativen Lage des Betätigungsorgans (Niedertreten des Fahrpedals) geprüft wird, ob ein Rückschalten notwendig ist, und erst nach gegebenenfalls erfolgtem Rückschal ten oder auch Erreichen einer vorbestimmten Phase des Schaltvorgangs das Ab triebsmoment des Antriebsmotors erhöht wird.

23. Vorrichtung zur Steuerung des Abtriebsmomentes eines Fahrzeugantriebes, mit einem Antriebsmotor und einem zumindest zwei unterschiedliche Übersetzungen aufweisenden Getriebe im Triebstang, wobei die Vorrichtung einen Steuerungsteil für den Antriebsmotor und ein Steuerungsteil für das Getriebe aufweist, weiter mit einem vom Fahrer betätigbaren Bedienelements zur Erfassung des Fahrerwunsches (Fahrpedal), dessen Stellung mit einer Abtastfrequenz erfaßt wird, weiter mit einem von der Motorsteuerung betätigten Leistungsstellglied für den Antriebsmotor, da durch gekennzeichnet, daß in den Steuerungsteil der Vorrichtung für den An triebsmotor Berechnungsmittel integriert sind, die das Motorsolldrehmoment mit einer unteren Grenze für das Motordrehmoment und/oder die aus dem Motorsolldrehmoment berechnete Motorsolleistung mit einer oberen Grenze für die Motorleistung vergleichen, wobei diese Grenzen jeweils als Funktion der Stellung des Fahrpedals vorgebbar sind.