DE19733464B4

DE19733464B4 - Universell adaptierbares Steuerverfahren mit Hochschaltverhinderung für Kfz-Automatikgetriebe

Info

Publication number: DE19733464B4
Application number: DE19733464A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Stegmann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1996-08-24
Filing date: 1997-08-02
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2017-08-03
Also published as: DE19733464A1

Abstract

Universell adaptierbares Steuerverfahren für Kfz-Automatikgetriebe, bei dem in Abhängigkeit von mindestens einem vom Fahrer des Kraftfahrzeuges direkt oder indirekt beeinflußten Parameter eine Hochschaltverhinderung bzw. eine Verhinderung der Verlängerung der Getriebeübersetzung aktiviert wird (Ganghalten), dadurch gekennzeichnet, daß als ein Parameter ein rechnerisch bestimmter Quotient (BQ) verwendet wird, dessen
– Zähler
das Produkt aus dem am Getriebe anliegenden, vom Motor gelieferten Getriebeeingangsmoment (M_mot) und der Getriebegesamtübersetzung (i₃) eines bestimmten Ganges ist,
und dessen
– Nenner
das Produkt aus dem dynamischen Radhalbmesser (r_dyn) des Fahrzeuges, der Gesamtmasse (m) des Fahrzeuges und dem maximalen Motormoment (M_max) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein universell adaptierbares Steuerverfahren für Kfz-Automatikgetriebe, bei dem in Abhängigkeit von mindestens einem vom Fahrer des Kraftfahrzeuges direkt oder indirekt beeinflußten Parameters eine Hochschaltverhinderung bzw. eine Verhinderung der Verlängerung der Getriebeübersetzung aktiviert wird (Ganghalten).
Während die ersten Automatikgetriebe in Kraftfahrzeugen längs starrer Kennlinien betätigt wurden, d.h. ein Gangwechsel bei Eintreten bestimmter physikalisch definierter Parameter vorgenommen wurde, sind modernere Steuerungen von selbsttätigen Kraftfahrzeuggetrieben dahingehend ausgelegt worden, individuelle Eigenheiten des Fahrers zu berücksichtigen. Im Bemühen, das von diesen als "träge" abqualifizierte Automatikgetriebe auch für sportliche Fahrer attraktiver zu machen, ist insbesondere ein Verfahren entwickelt worden, das eine sogenannte "Hochschaltverhinderung" aufweist. Generell sind Steuerungen von Automatikgetrieben so ausgelegt, daß bei Zurücknahme des Fahrpedals in einen höheren Gang geschaltet wird. Dieses Hochschalten wird insbesondere von sportlich veranlagten Fahrern als negativ empfunden, da diese den Motor (die Brennkraftmaschine) vorzugsweise mit hohen Drehzahlen und hohen Zugkraftüberschüssen betreiben. Wird beispielsweise bei der Vorbereitung eines Überholvorganges auf einer Landstraße das Fahrpedal kurzzeitig zurückgenommen, da die Verkehrsverhältnisse ein unmittelbares Ansetzen zum Überholen noch nicht zulassen, so wird das Heraufschalten in einen höheren Gang als äußerst mißlich empfunden.

Aus der DE-OS 41 20 603 ist ein Verfahren für eine Hochschaltverhinderung bekannt, bei der die Änderungsgeschwindigkeit der Lage des Fahrpedals im Schubbetrieb (dα/dt) bewertet wird. Nachteilig an diesem einzigen Kriterium für das Erkennen eines Zustandes, in dem eine Hochschaltverhinderung (Ganghalten) angezeigt ist, ist es, daß für manche Fahrer das objektive Kriterium für eine Hochschaltverhinderung schwer zu erfüllen ist, obwohl sie nach subjektiver Einschätzung das Fahrpedal schnell losgelassen haben. Die alleinige Bewertung der Winkelgeschwindigkeit des eine Lageänderung durchführenden Fahrpedals ist daher ungeeignet, um im Rahmen eines Steuerungsverfahrens für Kfz-Automatikgetriebe eine Ent scheidung herbeizuführen, ob ein Kommando für eine Hochschaltverhinderung generiert werden soll oder nicht.

Aus der DE-OS 43 37 957 ist ebenfalls ein ähnlich arbeitendes Verfahren bekannt, bei dem die Drosselklappengeschwindigkeit als Bewertungskriterium herangezogen wird. Um sogenannte nervöse Fahrer identifizieren zu können, wird dort eine Auswerteeinheit zur Feststellung der Häufigkeit von Richtungswechseln pro vorgegebener Zeiteinheit bei Betätigung der Drosselklappe vorgeschlagen. Mit anderen Worten soll erkannt werden, ob ein Fahrer in nervöser Art und Weise das Fahrpedal in kurzen Zeiträumen häufig niedertritt und wieder losläßt.

Auch dieses zusätzliche Kriterium ist nicht dazu geeignet, ein Verfahren zum Steuern eines Kfz-Automatikgetriebes zu schaffen, das eine Hochschaltverhinderung in subjektiv für den Fahrer akzeptabler Art und Weise generiert.

Aus der EP-PS 0 471 102 ist schließlich eine Getriebesteuerung bekannt, bei der u.a. das Motordrehmoment M_mot als Bewertungskriterium herangezogen wird, um zwischen verschiedenen Getriebeschaltkennlinien umzuschalten. Einer solchen Verfahrensweise haftet insbesondere der Nachteil an, daß eine einmal ausgelegte und eingestellte Getriebesteuerung nur schwer an ein anderes Kraftfahrzeug anzupassen ist, da bei anderer Motorisierung beispielsweise der gemessene Drehmomentwert eine andere Bedeutung hat, als bei einem Fahrzeug, für das die Steuerung ursprünglich ausgelegt worden ist.

Da es im Rahmen der modernen Kraftfahrzeugfertigung aber zu einem Mischbetrieb auf Fertigungslinien kommt, ist es wünschenswert, ein Verfahren zu schaffen, das es neben einer für den Fahrer subjektiv besseren Steuerung einer Hochschaltverhinderung darüber hinaus ermöglicht, mit ihm betriebene Steuervorrichtungen universell adaptierbar zu gestalten. Darunter ist zu verstehen, daß durch Verändern nur weniger Konstanten im wesentlichen das gleiche Verhalten hinsichtlich der subjektiv zu bewertenden Hochschaltverhinderung erzeugt wird, unabhängig von dem Kraftfahrzeugtyp, der ausgewählten Motorisierung, der Reifengrößen und so fort.

Die Lösung der Aufgabe ist durch ein gattungsgemäßes, universell adaptierbares Steuerverfahren gegeben, bei dem als Parameter ein rechnerisch bestimmter Bewertungsquotient (BQ) verwendet wird, dessen

– Zähler das Produkt aus dem am Getriebe anliegenden, vom Motor gelieferten Getriebeeingangsmoment (M_mot) und der Getriebegesamtübersetzung (i₃) eines bestimmten Ganges ist, und dessen
– Nenner das Produkt aus dem dynamischen Radhalbmesser (r_dyn) des Fahrzeuges, der Gesamtmasse (m) des Fahrzeuges und dem maximalen Motormoment (M_max) ist.

Innerhalb gewisser Grenzen läßt sich diesem Bewertungsquotient eine physikalische Bedeutung zuordnen.

Geht man vom Kräftegleichgewicht am fahrenden Kraftfahrzeug aus, so gilt:

In dieser Formel haben die einzelnen Größen folgende Bedeutungen:

M_mot: = vom Motor geliefertes Moment,
i_ges: = Gesamtübersetzung des Kraftfahrzeuges von der Motorabtriebswelle bis zur Radachse,
r_dyn: = dynamischer Reifenhalbmesser,
m: = Gesamtmasse des Fahrzeuges,
a: = Beschleunigung,
f_R: = Reibbeiwert,
g: = Erdbeschleunigung,
ρ: = Luftdichte,
c_W: = Luftwiderstandsbeiwert,
A: = projizierte Gesamtfläche des Fahrzeuges,
v: = Geschwindigkeit,
α: = Steigungswinkel der befahrenen Straße.

In bekannter Weise stehen auf der linken Seite der Gleichung die vom Motor erzeugte Zugkraft, während auf der rechten Seite die Widerstandskräfte aufgeführt sind. Der zweite, dritte und vierte Summand auf der rechten Seite der Gleichung stellen die Reibwiderstandskraft, den Luftwiderstand und die Hangabtriebskraft bei einer geneigten Fahrbahn dar.

Im Rahmen der Entwicklungstätigkeit hat sich überraschend herausgestellt, daß diese drei Summanden nur einen geringen Einfluß auf das subjektive Empfinden des Fahrers hinsichtlich einer erzeugten oder nicht erzeugten Hochschaltverhinderung haben.

Es zeigt sich überraschend eine "Pseudobeschleunigung" als Beurteilungskriterium geeignet, die gegeben ist durch:

Dies ist die theoretisch mögliche Beschleunigung bei gegebenem dynamischen Radhalbmesser, eingelegtem dritten Gang (i₃) und gegebener Fahrzeugmasse, wenn die genannten Widerstandskräfte vernachlässigt werden.

Um der eingangs gestellten Aufgabenstellung eines universell adaptierbaren Steuerverfahrens zu entsprechen, wird dieser Wert zusätzlich auf das maximale Motormoment des jeweiligen Motors bezogen:

Es hat sich überraschend während der Entwicklungstätigkeit des Erfinders herausgestellt, daß der so definierte Bewertungsquotient, der beispielsweise in der Einheit 1/kgm vorliegen kann, über verschiedene Fahrzeugtypen, Reifengrößen, Fahrzeugmassen, Motorisierungsvarianten etc. hinweg geeignet ist, subjektiv die gleiche angenehme Hochschaltverhinderung zu erzeugen, d.h. das für den durchschnittlichen Fahrer subjektiv angenehme Empfinden, in bestimmten Fahrzeug- bzw. Verkehrssituationen ein Ganghalten des Getriebes erwarten zu können, obwohl er das Fahrpedal schnell losläßt.

Auf der anderen Seite erlaubt der gefundene Bewertungsquotient die Schaffung eines Verfahrens, das trotz der günstigen Auswirkungen auf das subjektive Fahrempfinden von sport lichen Fahrern einen Gangwechsel in Situationen zuläßt, in dem dies zu Gunsten einer ökonomischen Betriebsweise des Kraftfahrzeuges unerläßlich ist.

Besonders vorteilhaft wird der erfindungsgemäße Bewertungsquotient zur Bildung einer Zugehörigkeitsfunktion herangezogen, die nach den Regeln der unscharfen Logik (Fuzzy-Logik) weiter verarbeitet wird. Insbesondere ist erfindungsgemäß vorgesehen, den geschaffenen Bewertungsquotienten in Form eines Bytes darzustellen und eine Zugehörigkeitsfunktion zwischen den Werten 0 und 1 (1 = BQ hoch, 0 = BQ niedrig) zu verwenden.

Schließlich ist erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen, als weitere Kriterien unter anderem die Änderungsgeschwindigkeit der Fahrpedalstellung (dα/dt) zur Bewertung der beispielsweise aus der DE-OS 43 37 957 bekannten Sportlichkeitsanalyse des Fahrertyps und der Fahrsituation heranzuziehen, sowie weiter die Fahrpedalstellung vor dem Ereignis, das die Notwendigkeit einer Bewertung "Hochschaltverhinderung ja oder nein" auslöst.

Hat beispielsweise der Fahrer vor einem schnellen Zurücknehmen des Fahrpedals "Vollgas gegeben", so soll er mit einem Ganghalten "belohnt werden". Dabei ist zu beachten, daß unter M_mot das am Getriebe anliegende Motordrehmoment verstanden wird, da in bestimmten Gängen durch den hydraulischen Drehmomentwandler eine Momentenerhöhung stattfinden kann.

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

1 die grafische Darstellung dreier Zugehörigkeitsfunktionen, und

2 ein Regelwerk für eine Verarbeitung der Zugehörigkeitsfunktion gemäß 1 nach den Regeln der unscharfen Logik (Fuzzy-Logik).

1 zeigt drei Graphen von Zugehörigkeitsfunktionen μ₁, μ₂ und μ₃. Auf der Abzisse sind jeweils Werte zwischen 0 und 255 aufgezeichnet, entsprechend einer Kodierung der jeweiligen Werte mit einem Byte, d.h. 28 = 256 Werte. Die oberste Darstellung in 1 zeigt die Zugehörigkeitsfunktion μ₂(α), wobei α für die Fahrpedalstellung vor dem Ereignis steht. Einem niedergetretenen Fahrpedal wird der Wert 255 zugeordnet, entsprechend einem unbetätigten Fahrpedal der Wert 0. Mit durchgezogener Linie gezeichnet ist die Zugehörigkeitsfunktion μ₂ für die Bewertung der Fahrpedalstellung vor dem Ereignis, d.h. Entscheidung der Frage, ob das Fahrpedal als niedergetreten anzusehen ist oder nicht, oder anders ausgedrückt, ob der Fahrer Vollgas gibt oder nicht.
In dem mittleren Graph ist eine Zugehörigkeitsfunktion μ₁ dargestellt, bei der dem Bewertungsquotient auf der Abzisse Werte zwischen 0 und 255 zugeordnet sind. Der erfindungsgemäß berechnete Bewertungsquotient wird so zu einem universell verwendbaren Instrument, um die Zugehörigkeitsfunktion μ₁ auf verschiedene Fahrzeuge anwenden zu können. Mit anderen Worten ist es nicht notwendig, die Zugehörigkeitsfunktion μ₁ neu zu modulieren, wenn das erfindungsgemäße Verfahren in einer Steuerung implementiert ist und diese auf einen anderen Fahrzeugtyp angewandt wird, der beispielsweise einen stärken Motor, andere Reifendimensionen oder ein höheres Gewicht aufweist.
Der untere Graph in 1 zeigt eine Zugehörigkeitsfunktion μ₃, der ein aus der Sportlichkeitsanalyse stammender Wert SP zwischen 0 und 255 zugeordnet ist. Je schneller der Fahrer das Gaspedal durchtritt, desto höhere Werte für die Sportlichkeit werden erreicht.
Die mit durchgezogenen Linien dargestellten drei Zugehörigkeitsfunktionen μ₁, μ₂ und μ₃ definieren drei Fuzzy-Mengen. Durch Modulierung der Negation NICHT μ werden die Komplemente von μ₁, μ₂ und μ₃ gebildet, d.h. drei Fuzzy-Mengen, die entsprechend für "Nullgas", einen niedrigen Bewertungsquotienten und für eine "wenig sportliche" Fahrweise stehen.
Die so gebildeten sechs Mengen werden gemäß einem Regelwerk, wie es in 2 dargestellt ist, ausgewertet.
Dabei werden jeweils paarweise gemäß Unteranspruch 8 jeweils Schnittmengen der jeweiligen Fuzzy-Mengen gebildet. Dies entspricht der Anwendung des MIN-Operators.
2 zeigt, daß der erfindungsgemäße Bewertungsquotient über die Bewertungsfunktion μ₁ zu einem Ganghalten, d.h. einer Hochschaltverhinderung führen kann, wenn er hohe Werte annimmt, und wenn das Fahrpedal vor dem Wegnehmen z. B. vollständig niedergetreten wurde, d.h. vor Eintritt des zu bewertenden Ereignisses Vollgas gegeben wurde.
Die erfindungsgemäße Steuerung erlaubt eine vom durchschnittlichen Fahrer subjektiv als gut bewertete Steuerung eines Automatikgetriebes für ein Kraftfahrzeug, wobei in der Fertigung bei einem Wechsel von Fahrzeugtypen keine Änderung der verwendeten Zugehörigkeitsfunktionen im Fuzzy-Regler notwendig sind.

Claims

Universell adaptierbares Steuerverfahren für Kfz-Automatikgetriebe, bei dem in Abhängigkeit von mindestens einem vom Fahrer des Kraftfahrzeuges direkt oder indirekt beeinflußten Parameter eine Hochschaltverhinderung bzw. eine Verhinderung der Verlängerung der Getriebeübersetzung aktiviert wird (Ganghalten), dadurch gekennzeichnet, daß als ein Parameter ein rechnerisch bestimmter Quotient (BQ) verwendet wird, dessen – Zähler das Produkt aus dem am Getriebe anliegenden, vom Motor gelieferten Getriebeeingangsmoment (M_mot) und der Getriebegesamtübersetzung (i₃) eines bestimmten Ganges ist, und dessen – Nenner das Produkt aus dem dynamischen Radhalbmesser (r_dyn) des Fahrzeuges, der Gesamtmasse (m) des Fahrzeuges und dem maximalen Motormoment (M_max) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Getriebegesamtübersetzung eines bestimmten Ganges diejenige des dritten Ganges (i₃) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Hochschaltverhinderung bestimmenden Parameter nach den Regeln der Fuzzy-Logik verarbeitet werden, und daß der Bewertungsquotient (BQ) durch Bilden einer Zugehörigkeitsfunktion (μ₁(BQ)) weiter verarbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer Parameter eine die Fahrpedalstellung vor dem Ereignis bewertende Zugehörigkeitsfunktion (μ₂(α)) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer Parameter eine die Sportlichkeit des Fahrstils des Fahrers bewertende Zugehörigkeitsfunktion (μ₃) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sportlichkeit des Fahrstils anhand einer Änderungsgeschwindigkeit einer Lageänderung des Fahrpedals bewertet wird (dα/dt).
Verfahren nach den Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf die drei Zugehörigkeitsfunktionen "Bewertungsquotient" (μ₁), "Fahrpedalstellung (μ₂)" und "Sportlichkeit (μ₃)" der NICHT-Operator zur Bildung der Komplemente μ₁ ^c, μ₂ ^c und μ₃ ^c angewandt wird, und daß jeweils paarweise der MIN-Operator auf folgende Fuzzy-Mengen angewandt wird: niedergetretenes Fahrpedal (Vollgas) und sportlicher Fahrstil niedergetretenes Fahrpedal (Vollgas) und hoher Bewertungsquotient geschlossenes Fahrpedal (Nullgas) und wenig sportlicher Fahrstil geschlossenes Fahrpedal (Nullgas) und niedriger Bewertungsquotient und daß in Abhängigkeit von diesen Verknüpfungen ein Kommando zum Ganghalten generiert oder nicht generiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Byte zur Auflösung der Bewertungsquotienten, Fahrpedalstellung vor dem Ereignis oder Fahrstilbewertung verwendet wird.