DE19644881B4

DE19644881B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Ausgangsdrehmoments eines Triebstrangs eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE19644881B4
Application number: DE19644881A
Authority: DE
Inventors: Ernst Wild; Manfred Hellmann; Andrea Steiger-Pischke; Dirk Dr. Samuelsen; Wolfgang Dr. Hermsen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-10-29
Filing date: 1996-10-29
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2016-10-30
Also published as: JPH10141103A; US6068574A; DE19644881A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Radmoments, das ein Ausgangsdrehmoment eines Triebstrangs eines Fahrzeugs zwischen der Getriebeausgangswelle und den Antriebsrädern ist, wobei abhängig vom Fahrerwunsch ein Sollwert für das Radmoment gebildet wird, dieser Sollwert wenigstens der Steuerung der Antriebseinheit des Fahrzeugs bereitgestellt wird, wobei bei der Bildung des Sollwertes für das Radmoment neben dem Fahrerwunsch auch ein von Betriebsgrößen abhängiges minimales Radmoment und/oder maximales Radmoment berücksichtigt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Ausgangsdrehmoments eines Triebstrangs eines Fahrzeugs gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Aus der DE 42 35 881 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Ausgangsleistung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs bekannt, bei denen auf der Basis des Fahrerwunsches ein Antriebsmomentensollwert ermittelt und in einen Motormomentensollwert unter Berücksichtigung der Übersetzungsverhältnisse im Triebstrang der Antriebseinheit unter Berücksichtigung des Getriebewirkungsgrades berechnet wird. Dabei wird ein Offsetmoment bei der Berechnung des Turbinensollmomentes aus Abtriebssollmoment und Abtriebsdrehzahl als Vorstufe des Motormomentsollwertes berücksichtigt. Durch Berücksichtigung des Getriebewirkungsgrades entsteht in vorteilhafter Weise im unteren Bereich des Fahrpedals kein Leerweg, der ohne diese Maßnahme dadurch entstehen würde, dass ein Teil des vom Motor realisierten Motormomentes zuerst die Getriebeverluste kompensieren müsste bevor es zum Abtriebsmoment beiträgt. Im Getriebe wird turbinenseitig ein konstantes Verlustmoment berücksichtigt. Ein Verlustmomentfaktor wird dabei durch Messungen bestimmt und zum auf der Basis des Koeffizienten des Abtriebsmomentsollwertes und mechanischer Übersetzung berechneten Sollturbinenmoment addiert.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche 1 und 9 ist aus der WO92/09448 A1 bekannt. Dort wird in Abhängigkeit von der Stellung eines vom Fahrer betätigbaren Bedienelements (Fahrpedal), gegebenenfalls unter Berücksichtigung der Abtriebsdrehzahl des Triebstrangs (Ausgangsdrehzahl des Getriebes, Raddrehzahl) ein Abtriebsmomentensollwert bestimmt. In Abhängigkeit dieses Abtriebsmomentensollwertes wird die Übersetzung des Getriebes bestimmt. Dann wird das Drehmoment der Antriebseinheit des Triebstrangs unter Berücksichtigung der Getriebeübersetzung derart eingestellt, daß der Istwert des Abtriebsmoments die Größe des Sollwertes annimmt.
Bei der Berechnung des Sollwertes aus der Stellung des Fahrpedals können bei der bekannten Vorgehensweise Totwege in der Fahrpedalstellung, z. B. durch Zuschalten von Verbrauchern oder durch wechselnde Meereshöhe entstehen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben, mit deren Hilfe der Fahrpedalstellung ein Radmoment zugeordnet werden kann, ohne daß Totwege entstehen.
Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Patentansprüche erreicht.
Vorteile der Erfindung
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird die Bestimmung von Sollwerten für das Radmoment am Ausgang des Triebstrangs eines Fahrzeugs abhängig von der Fahrpedalstellung erheblich verbessert. Besonders vorteilhaft ist, daß Totwege im Pedal wegfallen.
Besonders vorteilhaft ist, daß der Fahrer die erfindungsgemäß notwendigen Anpassungen infolge einer entsprechenden Filterung nicht wahrnimmt. Die Anpassung der Zuordnung des Ausgangsmoments zur Fahrpedalstellung wird derart gefiltert, daß sie unterhalb der Wahrnehmungsschwelle des Fahrers bleibt.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt
1 ein Übersichtsblockschaltbild einer Steuereinheit zur Steuerung des Getriebes und der Antriebseinheit, wobei die erfindungsgemäße Lösung als Blockschaltbild dargestellt ist. 2 zeigt am Beispiel eines Flußdiagramms eine Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung als Rechnerprogramm. In 3 schließlich wird beispielhaft eine Kennlinie der Zuordnung der Fahrpedalstellung zum Sollmoment gezeigt.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
1 zeigt eine Steuereinrichtung 10, die über Ausgangsleitungen 12 und 14 ein Getriebe 16 und die Antriebseinheit 18 des Fahrzeugs steuert. Über eine Eingangsleitung 20 empfangt die Steuereinheit 10 von einer Meßeinrichtung 24, die mit einem vom Fahrer betätigbaren Bedienelement, insbesondere einem Fahrpedal 22, verbunden ist, ein Maß für die Fahrpedalstellung β. Ferner sind Eingangsleitungen 26, 28, 30, 32 und 34 vorgesehen, über die der Steuereinheit 10 Meßgroßen von einer Lufttemperaturmeßeinrichtung 36, von einer Luftdruckmeßeinrichtung 38, von einer Motortemperaturmeßeinrichtung 40, von einer Motordrehzahlmeßeinrichtung 42 und von einer Meßeinrichtung 44, die den Status von Nebenaggregaten (ein-/ausgeschaltet) übermittelt, zugeführt werden. Darüber hinaus werden die im Zusammenhang mit Getriebesteuerung und Motorsteuerung notwendigen Größen zugeführt, wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Luftmasse, etc., was in 1 aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt ist.
Die Steuereinheit 10 umfaßt wenigstens einen Mikrocomputer, der zur Durchführung der verschiedenen Funktionen programmiert ist. Die in 1 dargestellten Blöcke stellen einzelne Programme oder Programmschritte des Mikrocomputers dar.
Ein Sollwertbilder 46 empfängt von der Eingangsleitung 20 die Größe des Fahrpedalstellungssignals β sowie Größen, welche das maximal erreichbare Radmoment Mradmax (Maximales Radmoment) sowie das minimale Radmoment Mradmin (Bremsmoment, maximale Motorbremse) repräsentieren. Aus diesen Eingangsgrößen wird, beispielsweise durch übliche Interpolationsverfahren, vom Sollwertbilder 46 ein Sollradmoment Mradsoll berechnet, welches der Triebstrangsteuerung 48 zugeführt wird. Diese bildet aus dem zugeführten Sollwert gegebenenfalls unter Berücksichtigung weiterer Betriebsgrößen in der aus dem Stand der Technik bekannten Art und Weise die einzustellende Getriebeübersetzung oder Getriebemomentenverstärkung (Momentenverstärkung (MAB/MMot) oder die Kraft-Momentenverstärkung (FAn/MMot)) sowie ein einzustellendes Motormoment. Diese Sollgrößen werden zur Getriebesteuerung 50 und zur Motorsteuerung 52 geführt. Die Steuerungen 50 und 52 beeinflussen Getriebe und Motor entsprechend ihrer Sollvorgaben.
Problematisch bei der Berechnung des Radmomentensollwertes aus dem Betätigungsgrad des Fahrpedals unter Bezugnahme auf maximale und minimale Momente ist, daß durch Veränderung im minimalen und/oder maximalen Moment Totwege im Fahrpedalweg entstehen können. So kann es vorkommen, daß das minimale Moment bei Fahrpedalnullstellung oder das maximale Moment bei voll betätigtem Fahrpedal nicht eingestellt werden können. In diesen Fällen gibt es Totwege zu Beginn oder zum Ende des Fahrpedalstellungsweges. Eine derartige Situation tritt beispielsweise dann auf, wenn sich das Fahrzeug in großer Höhe befindet. Dann nimmt die maximale Leistung des Motors (dessen Füllung) und damit das maximale Moment ab. Das maximal vorgegebene Moment kann in diesem Fall nicht erreicht werden. Entsprechendes gilt für das minimale Moment, welches z. B. von der Motortemperatur und dem Ein- bzw. Ausschalten von Nebenaggregaten abhängig ist. Kann ein fest vorgegebenes minimales Radmoment nicht erreicht werden, so entstehen auch hier auch Totwege im Fahrpedalstellungsweg. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, ständig die aktuell möglichen maximalen und minimalen Momente zu berechnen und sie den jeweiligen Fahrpedalstellungswerten zuzuordnen. Dadurch treten keine Totwege auf. Die ständige Anpassung des Fahrpedalwegs an die aktuell möglichen Momente erfolgt dabei nicht sprungartig. Dies würde bei gleicher Pedalstellung zu einer sich plötzlich ändernden Radmomentenanforderung führen. Die Anpassung wird deshalb erfindungsgemäß zeitlich so gefiltert, daß sie unterhalb der Wahrnehmungsschwelle des Fahrers bleibt.
Daher wird das aktuelle maximale und/oder minimale Radmoment laufend berechnet (54, 56). Das maximale Radmoment ist hauptsächlich von der Luftdichte, die die Füllung des Motors und damit dessen Leistungsfähigkeit beeinflußt, abhängig. Daher wird dem Maximalwertbilder 54 die Lufttemperatur TLuft und/oder der Luftdruck PLuft zugeführt. Das maximale Moment ist proportional zur Dichte, so daß mit zunehmender Luftdichte das maximale Moment sich erhöht. Das maximale Moment nimmt daher mit abnehmender Temperatur und mit zunehmenden Luftdruck zu. Weiterhin ist zu berücksichtigen, daß das maximal mögliche Radmoment übersetzungsabhängig ist. Je nach eingestellter Getriebeübersetzung und Wandlerzustand bei Getriebeautomaten mit Wandler wird ein anderes maximales Radmoment vorgegeben. Dem Maximalwertbilder 54 wird von der Getriebesteuerung 50 die aktuell eingestellte Übersetzung GANG, Wandlerverstärkung bzw. Getriebemomentenverstärkung zugeführt. Darüber hinaus müssen Abweichungen in der Zündwinkel- und/oder Lambdaeinstellung bei voll betätigten Fahrpedal berücksichtigt werden. Weichen diese Einstellungen von der Einstellung mit optimalem Drehmoment ab, so ist ein entsprechender Wirkungsgrad dZW des Zündwinkels bzw. des Luft-/Kraftstoffverhältnisses dλ zu berücksichtigen. Die entsprechenden Werte werden in der Motorsteuerung 52 gebildet und dem Maximalwertbilder 54 zugeführt. Die Wirkungsgrade stellen eine prozentuale Verminderung eines experimentell bei momentenoptimalen Bedingungen ermittelten Grundwertes für das maximale Radmoment dar. Das im Maximalwertbilder 54 nach Maßgabe von vorgegebenen Kennlinien, Tabellen oder Berechnungsschritten bestimmte maximale Radmoment wird im Filterelement 58 gefiltert. Dieses Filterelement ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Integrator oder ein Tiefpaßfilter, wobei die Filterzeit ausreichend lang gewählt wird, so daß Änderungen im maximalen Radmomentenwert unterhalb der Wahrnehmungsschwelle des Fahrers bleiben. Eine geeignete Filterzeit liegt im Minutenbereich (z. B. 1 mm).
Entsprechendes gilt für die Berechnung des minimalen Radmoments. Dies erfolgt im Minimalwertbilder 56. Dabei werden insbesondere die Größen Getriebeübersetzung GANG, Wandlerverstärkung bzw. Momentenverstärkung, Motortemperatur Tmot, Motordrehzahl Nmot und/oder der Status von Nebenaggregaten NA, wie beispielsweise eine Klimaanlage, berücksichtigt. Das minimale Moment nimmt bei kaltem Motor, mit steigender Drehzahl, bei eingeschalteten Nebenaggregaten zu, d. h. es kann ein größeres Motorbremsmoment erreicht werden. Das im Minimalwertbilder 56 aufgrund von experimentell ermittelten Kennlinien, Tabellen oder Berechnungsschritten gebildete minimale Radmoment Mradmin wird im Filter 60 entsprechend dem maximalen Radmoment gefiltert und dem Sollwertbilder 46 zugeführt.
Dort wird auf der Basis der maximalen und/oder minimalen Radmomente sowie des Fahrpedalstellungswertes im Rahmen üblicher Interpolationen (z. B. linearer Interpolation) das Sollradmoment Mradsoll ermittelt. Das dabei verwendete Fahrpedalstellungssignal ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel normiert, d. h. sein kleinster Wert entspricht 0%, sein größter Wert 100%. Bei losgelassenem Fahrpedal (Stellung null) und stehendem Fahrzeug ist das minimale Radmoment null, so daß als Sollradmoment null vorgegeben wird. Der Motor wird dann von der Motorsteuerung 52 im Rahmen einer Leerlaufregelung gesteuert.
Zur Anpassung des experimentell unter vorgegebenen Bedingungen bestimmte maximale und/oder minimale Moment werden die oben aufgeführten Größen je nach Größe ihres Einflusses ausgewählt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden alle genannten Größen ausgewertet, in anderen Ausführungsbeispielen nur ausgewählte. Neben den genannten Größen werden in einigen Ausführungsbeispielen weitere Größen berücksichtigt. So wird bei der Bestimmung des minimalen Moment die Fahrgeschwindigkeit (Zunahme des min. Moments mit der Fahrgeschwindigkeit) berücksichtigt, bei der Bestimmung des maximalen Moments die Fahrbahnneigung, etc.
In 2 ist ein Flußdiagramm skizziert, welches eine bevorzugte Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung als Rechnerprogramm darstellt. Der in 2 dargestellte Programmteil wird zu vorgegebenen Zeitpunkten, beispielsweise alle 10 bis 100 msec, gestartet.
Im ersten Schritt 100 werden die zu verarbeitenden Betriebsgrößen Drehzahl Nmot, Motortemperatur Tmot, Status von Nebenaggregaten (NA), Luftdruck Pluft, Lufttemperatur Tluft, die von der Getriebesteuerung übermittelte Information GANG über die eingelegte Getriebeübersetzung, die Wandler- und/oder Momentenverstärkung sowie gegebenenfalls die von der Motorsteuerung ermittelten Wirkungsgrade des Zündwinkels dZW und der Luft-/Kraftstoffverhältniseinstellung dλ eingelesen. Im darauffol genden Schritt 102 wird das maximale Radmoment Mradmax berechnet. Dazu wird die Getriebeübersetzung, die Lufttemperatur, der Luftdruck, der Zündwinkel- und der Lambdawirkungsgrad berücksichtigt. Das maximale Radmoment wird dabei betragsmäßig kleiner, je niedriger der Gang, d. h. je höher die Übersetzung ist, je wärmer die Luft, je geringer der Luftdruck und je schlechter die Wirkungsgrade von Zündwinkel und Lambda (d. h. je weiter weg diese Einstellungen vom momentenoptimalen Wert sind) sind. Entsprechend wird im darauffolgenden Schritt 104 das minimale Radmoment Mradmin berechnet. Dabei wird die Getriebeübersetzung, die Motortemperatur, die Motordrehzahl und der Status von Nebenverbrauchern berücksichtigt. Das minimale Radmoment verändert sich dabei in der Regel in Richtung höheres Bremsmoment (d. h. wird betragsmäßig größer), je niedriger der eingelegte Gang, d. h. je größer die Übersetzung, je kälter der Motor ist, je größer die Motordrehzahl und bei eingeschaltetem Nebenaggregat. Im darauffolgenden Schritt 106 wird eine Filterung der maximalen und minimalen Radmomente durchgeführt. Die Filterkonstante ist dabei der Art, daß Änderungen in diesen Größen unterhalb der Wahrnehmungsschwelle des Fahrers liegen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der zu berücksichtigende Wert des maximalen und/oder minimalen Radmoments (Mradmax(n), Mradmin(n)) aus den entsprechenden Werten eines vorhergehenden Programmdurchlaufs (Mradmax(n – 1), Mradmin(n – 1)) unter Wichtung mit einer vorgegebenen Filter- oder Zeitfunktion bestimmt. Im darauffolgenden Schritt 108 wird der normierte Fahrpedalstellungswert β eingelesen. Danach wird im Schritt 110 der Radmomentensollwert Mradsoll auf der Basis des Fahrpedalstellungswertes β sowie des maximalen und minimalen Radmomentenwertes z. B. im Rahmen einer linearen Interpolation berechnet. Nach Schritt 110 wird im Schritt 112 der auf diese Weise berechnete Radmomentensollwert an die Triebstrangsteuerung 48 ausgegeben.
In 3 ist der Zusammenhang zwischen Fahrpedalstellung und Sollradmoment aufgetragen. Der Fahrpedalstellungswert ist dabei zwischen 0% (losgelassenes Pedal) und 100% (voll betätigtes Pedal) veränderlich. Der Radmomentensollwert verändert sich zwischen dem veränderlichen minimalen und dem veränderlichen maximalen Wert. Der minimale Radmomentenwert (Motorbremsmoment) wird der Fahrpedalstellung 0%, der maximale Radmomentenwert der Fahrpedalstellung 100% zugeordnet. Dazwischen wird durch Interpolation eine Kennlinie gezogen, auf deren Basis bei erfaßtem Fahrpedalstellungswert der jeweilige Radmomentensollwert unter Berücksichtigung der veränderlichen minimalen und maximalen Radmomentensollwerte bestimmt wird.
In einem anderen Ausführungsbeispiel wird einer der Grenzwerte fest vorgegeben, der andere entsprechend den oben stehenden Angaben veränderlich gestaltet.
Unter dem Begriff 'Radmoment' ist auch das Abtriebsmoment oder das Getriebeausgangsmoment je nach Ort der Drehmomenterfassung oder die Antriebskraft zu verstehen. Diese Größen sind im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung gleichwertig und stellen allgemein ein Ausgangsmoment des Triebstranges dar.
In einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Zusammenhang zwischen Fahrpedalstellung und Sollmoment keine lineare Kennlinie, sondern eine sich mit der Fahrpedalstellung progressiv und/oder degressiv ändernde Kennlinie, die ferner ggf. abhängig von Betriebsgrößen wie Getriebeübersetzung, Fahrgeschwindigkeit, etc. ist. In diesem Fall werden die Grenzwerte wie oben angegeben bestimmt und dazwischen liegende Stützstellen an die Veränderung der Grenzwerte ggf. auf der Basis einer Gewichtung der Grenzwerte angepaßt.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Radmoments, das ein Ausgangsdrehmoment eines Triebstrangs eines Fahrzeugs zwischen der Getriebeausgangswelle und den Antriebsrädern ist, wobei abhängig vom Fahrerwunsch ein Sollwert für das Radmoment gebildet wird, dieser Sollwert wenigstens der Steuerung der Antriebseinheit des Fahrzeugs bereitgestellt wird, wobei bei der Bildung des Sollwertes für das Radmoment neben dem Fahrerwunsch auch ein von Betriebsgrößen abhängiges minimales Radmoment und/oder maximales Radmoment berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das minimale Radmoment dem Fahrerwunsch null, das maximale Radmoment dem Fahrerwunsch Vollast zugeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das maximale Radmoment abhängig von der eingestellten Getriebeübersetzung oder Momentenverstärkung, von der Temperatur der Luft, von dem Luftdruck, von dem Wirkungsgrad der Zündwinkeleinstellung und/oder von dem Wirkungsgrad der Lambda-Einstellung ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das minimale Radmoment abhängig von der Motortemperatur, der Motordrehzahl, dem Status von Nebenaggregaten sowie der Getriebeübersetzung oder Momentenverstärkung gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das berechnete minimale und/oder maximale Moment gefiltert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterung des minimalen und/oder maximalen Moment derart ist, daß Änderungen unterhalb der Wahrnehmungsschwelle des Fahrers bleiben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die minimalen und/oder maximalen Momente während des Betriebs des Triebstranges ständig an die aktuell erreichbaren Werte angepaßt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter Integratoren oder Tiefpässe sind.
Vorrichtung zur Steuerung eines Radmomentes, das ein Ausgangsdrehmoment eines Triebstrangs eines Fahrzeugs zwischen der Getriebeausgangswelle und den Antriebsrädern ist, mit einer elektronischen Steuereinheit, welche wenigstens die Antriebseinheit des Fahrzeugs steuert, die eine den Fahrerwunsch repräsentierende Größe empfängt und abhängig von dieser Größe einen Sollwert für das Radmoment bildet, wobei die Steuereinheit Mittel umfaßt, welche den Sollwert für das Radmoment nach Maßgabe des Fahrerwunschsignals und eines von Betriebsgrößen abhängigen minimalen und/oder maximalen Radmoments bilden.