DE19819049A1 - Verfahren zur Vermeidung von Ruckelschwingungen beim Beschleunigen von Kraftfahrzeugen - Google Patents
Verfahren zur Vermeidung von Ruckelschwingungen beim Beschleunigen von KraftfahrzeugenInfo
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Vermeidung von Ruckelschwingungen beim Beschleunigen von Kraftfahrzeugen wird die Drosselklappenstellung beeinflußt, wobei zur Umsetzung eines Motor-Momentenverlaufs zwischen einem unteren Momentenanfangswert und einem oberen Momentenzielwert der Verlauf der Drosselklappenstellung zwischen einer dem Momentenanfangswert entsprechenden Anfangsschließstellung und einer dem Momentenzielwert entsprecheden Zielöffnungsstellung verändert wird. DOLLAR A Um Ruckelschwingungen ohne Beeinträchtigung des Beschleunigungsverhaltens und des Abgasverhaltens zuverlässig zu verhindern, weist der Verlauf der Drosselklappenstellung benachbart zur Anfangsschließstellung ein die Drosselklappe öffnendes lokales Maximum und zwischen dem lokalen Maximum und der Zielöffnungsstellung ein die Drosselklappe schließendes lokales Minimum auf.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung von Ruckel
schwingungen beim Beschleunigen von Kraftfahrzeugen nach dem
Oberbegriff des Anspruches 1.
Ruckelschwingungen sind Fahrzeug-Längsschwingungen, die durch
Energieeinleitung, insbesondere beim Beschleunigungen des Fahr
zeugs, in das Schwingungssystem Motor-Triebstrang-Karosse er
zeugt werden. Das Motormoment wird über ein Schwungrad auf den
Triebstrang übertragen, der wie eine Torsionsfeder wirkt und
unter dem Einfluß des Motormoments zunächst verspannt werden
muß. Erfolgt dies durch einen schnellen Momentenaufbau, so
kommt es aufgrund der im Schwungrad gespeicherten kinetischen
Energie zum Überschwingen des Schwungrades, was sich in der
oben genannten Kategorie der Ruckelschwingungen äußert.
Zur Vermeidung der Ruckelschwingungen können Maßnahmen ergrif
fen werden, über die das Motormoment phasengerichtet so beein
flußt wird, daß Längsschwingungen des Fahrzeugs verhindert wer
den. Als derartige Maßnahmen kommen Zündwinkelverstellung, Ein
griffe in die Kraftstoffeinspritzung oder die gezielte Beein
flussung der Drosselklappenbewegung in Frage. Bei letzterer
wird üblicherweise die Gaspedalbewegung gedämpft in eine Bewe
gung der Drosselklappe umgesetzt, so daß die Drosselklappe mit
geringerer Geschwindigkeit oder zeitverzögert zur Gaspedalbewe
gung geöffnet wird. Bei dieser Vorgehensweise werden zwar Ruc
kelschwingungen vermindert, zugleich verschlechtert sich aber
das Ansprechverhalten des Fahrzeugs deutlich.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, Ruckelschwingungen
ohne Beeinträchtigung des Beschleunigungsverhaltens und des Ab
gasverhaltens zuverlässig zu verhindern.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An
spruches 1 gelöst.
Um das Fahrzeug ruckelfrei zu beschleunigen, wird durch die Än
derung der Drosselklappenstellung gemäß einer vorgegebenen
Funktion ein bestimmter, Ruckelschwingungen verhindernder Mo
tor-Momentenverlauf umgesetzt. Ein derartiger Motor-
Momentenverlauf wird dadurch erreicht, daß der Verlauf der
Drosselklappenstellung ausgehend von einer Anfangsschließstel
lung zunächst kurzzeitig auf ein lokales Maximum erhöht wird,
bei dem die Drosselklappe geöffnet ist. Die Drosselklappe wird
anschließend entsprechend dem lokalen Minimum in der Drossel
klappenfunktion wieder in Schließstellung versetzt und schließ
lich der Zielöffnungsstellung entsprechend soweit geöffnet, bis
der Momentenzielwert erreicht ist. Der Verlauf der Drosselklap
penfunktion ist im wesentlichen unabhängig vom Verlauf der Gas
pedalbewegung.
Bereits unmittelbar nach der Betätigung des Gaspedals wird die
Drosselklappe gemäß der Drosselklappenfunktion beaufschlagt,
wodurch Totzeiten zwischen der Gaspedalbewegung und der Dros
selklappenbewegung praktisch vermieden werden. Durch den An
stieg auf ein lokales Maximum und das darauffolgende Abfallen
auf ein lokales Minimum wird ein optimierter Motor-
Momentenverlauf nachgebildet, bei dem der Triebstrang durch das
Aufbringen eines Momentenimpulses in Vorspannrichtung angeregt
wird, während des lokalen Minimums bis zum Umkehrpunkt der
Schwingungsauslenkung weiterschwingt und im Umkehrpunkt bei
voller Vorspannung mit dem Momentenzielwert beaufschlagt wird.
Auf diese Weise ist ein ruckelfreies Beschleunigen mit nahezu
maximal möglicher Agilität realisierbar.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß durch die kurzfristige
Öffnung der Drosselklappe im Bereich des lokalen Maximums des
Drosselklappenverlaufs eine schnelle, verzögerungsfreie Befül
lung des Saugrohrs der Brennkraftmaschine mit Ansaugluft ermög
licht wird. Außerdem werden durch die unmittelbare Ansteuerung
der Drosselklappe im Bereich des lokalen Maximums Verzögerungen
infolge gedämpften Umsetzens der Gaspedalbewegung und infolge
Trägheit von Motor- und Steuerungskomponenten vermieden.
Die Einstellung der Drosselklappe erfolgt zweckmäßig über ein
elektrisch betätigbares Stellglied, das mit einer Bestromungs
funktion beaufschlagt wird, durch die der gewünschte Verlauf
der Drosselklappenstellung bewirkt wird. Die Bestromungsfunkti
on ist vorteilhaft als näherungsweise rechteckförmige Funktion
mit zeitdiskreten Stromintervallen ausgebildet, die in einfa
cher Weise erzeugt werden können.
Die Bestromungsfunktion weist bevorzugt eine Sprungstelle auf,
mit der das lokale Maximum im Verlauf der Drosselklappenstel
lung nachgebildet wird und die als kurzer Rechteckimpuls mit
hoher Amplitude ausgebildet ist. Die Sprungstelle bewirkt ein
sehr kurzzeitiges, teilweises Öffnen der Drosselklappe, wodurch
eine erhebliche Steigerung des Saugrohrdrucks und des Motormo
ments zu erreichen ist. Hierdurch wird die maximale Fahrzeugbe
schleunigung in kürzestmöglicher Zeit erreicht. Bereits eine
100%-Bestromung der Drosselklappe von 20 ms reicht aus, um die
Drosselklappe 20% zu öffnen und 50% des maximalen Saugrohr
drucks zu erreichen, wobei sich die maximale Fahrzeugbeschleu
nigung ruckelfrei nach etwa 180 ms einstellt.
Um die für ein ruckelfreies Anfahren verantwortliche Momenten
funktion über die Drosselklappenstellung zu realisieren, können
die Zeitspannen der verschiedenen Phasen innerhalb der Drossel
klappenfunktion auf die Schwingungsdauer der Ruckelschwingung
abgestimmt werden. Zweckmäßig beträgt die Zeitspanne zwischen
der Anfangsschließstellung und der Zielöffnungsstellung der
Drosselklappe etwa ¼ bis ½ der Schwingungsdauer der Ruckel
schwingung, wobei der genaue Wert dieser Zeitspanne von der
Amplitude und der Dauer des lokalen Maximums in der Drossel
klappenfunktion abhängt. Wird das lokale Maximum näherungsweise
als Dirac-Impuls realisiert, so reduziert sich die Zeitspanne
für das Verspannen des Triebstrangs und das ruckelfreie Auf
bringen des Zielmoments auf ¼. Wird dagegen die Drosselklap
penfunktion in leicht zu realisierender Art und Weise als etwa
rampenförmiger, stetiger Momentenverlauf zwischen dem lokalen
Maximum, dem lokalen Minimum und dem Momentenzielwert vorgege
ben, so steigt die Zeitspanne auf ½ der Schwingungsdauer der
Ruckelschwingung.
Um eine Beschleunigungsabsicht anhand einer vom Fahrer verur
sachten Gaspedalbetätigung zu erkennen, wird die Geschwindig
keit des Gaspedals detektiert und eine Drosselklappenänderung
bevorzugt für den Fall ausgelöst, daß die Gaspedalgeschwindig
keit oberhalb eines Schwellwerts liegt, der sich in Abhängig
keit unterschiedlicher Parameter bestimmen lassen kann, bei
spielsweise in Abhängigkeit von der Ausgangsstellung des Gaspe
dals, der Wegdifferenz zwischen Anfangsstellung und Endstellung
des Gaspedals, der Motordrehzahl und des aktuell eingelegten
Gangs.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den
weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnun
gen zu entnehmen. Es zeigen:
Fig. 1 den Verlauf der Gaspedalstellung,
Fig. 2 den Verlauf der Bestromungsfunktion des Stellglieds
der Drosselklappe,
Fig. 3 den Verlauf der Drosselklappenstellung,
Fig. 4 den Verlauf des Saugrohrdrucks,
Fig. 5 den Verlauf des Motormoments.
Die in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Schaubilder zeigen je
weils drei Funktionsverläufe, und zwar jeweils einen Verlauf
für eine schnelle Beschleunigung (durchgezogene Linie), einen
Verlauf für eine langsamere Beschleunigung auf das gleiche
Zielniveau (strichpunktierte Linie) und einen Verlauf für eine
Beschleunigung auf ein niedrigeres Zielniveau (gestrichelte Li
nie).
Gemäß Fig. 1 verläuft die Änderung der Gaspedalstellung StG bei
dem gezeigten Beispiel linear rampenförmig, ausgehend von einer
Anfangsstellung, bei der das Gaspedal unbeaufschlagt ist, bis
zu einer Endstellung, bei der das Gaspedal der Fahrervorgabe
entsprechend auf einen Wert bis maximal 100% niedergedrückt
ist. Bei der durchgezogenen Funktion hat die zum Zeitpunkt t0
ausgelöste Gaspedaländerung den größten Gradienten, so daß die
Endstellung mit einem Maximalwert von 100% am schnellsten er
reicht wird. Bei der strichpunktierten Funktion verläuft der
Anstieg flacher, der Endwert beträgt ebenfalls 100%. Die ge
strichelte Funktion stellt den flachsten Anstieg dar mit einem
Endwert, der deutlich unter 100% liegt.
Die in Fig. 1 dargestellte Stellung StG des Gaspedals wird in
eine in Fig. 2 gezeigte Bestromungsfunktion I umgesetzt, die
den Stromverlauf eines elektrischen Stellglieds repräsentiert,
über das die Drosselklappe der Brennkraftmaschine eingestellt
wird. Die Bestromungsfunktion I, die als Rechteckfunktion aus
gebildet ist, beginnt mit geringfügiger zeitlicher Verzögerung
zum Zeitpunkt t1 und steigt sprunghaft auf ein lokales Maximum
Imax an. Beim durchgezogenen Verlauf sinkt das Niveau des loka
len Maximums zunächst auf eine deutliche niedrigere Stufe ab
und fällt anschließend zum Zeitpunkt t2 auf ein lokales Minimum
Imin, das im Ausführungsbeispiel Null ist. Zum Zeitpunkt t3
steigt die Stromstärke wieder sprunghaft auf ein der Stellung
des Gaspedals entsprechendes Endniveau an.
Bei den den flacher verlaufenden Gaspedalstellungen entspre
chenden Bestromungsfunktionen liegt das Maximum der Stromstärke
auf einem geringeren Niveau (strichpunktierte Linie). Gegebe
nenfalls können auch die Zeitintervalle für die Rechteckimpulse
verändert werden, insbesondere verkürzt werden.
Es kann zweckmäßig sein, nur einen Rechteckimpuls für die Be
stromungsfunktion vorzugeben, dessen Amplitude wie gestrichelt
dargestellt abgesenkt ist und der sich über eine größere Zeit
spanne erstreckt.
Das lokale Maximum Imax wird als Stromimpuls auf das Stellglied
aufgegeben, wodurch ein kurzzeitiges, teilweises Aufschwingen
der Drosselklappe bewirkt wird. Hierdurch wird eine schnelle
Befüllung des Saugrohrs mit schnellem Druckanstieg erreicht.
Das lokale Maximum Imax wird mit kurzer zeitlicher Verzögerung
zum Zeitpunkt t1 gegenüber dem Beginn des Anstiegs der Gaspe
dalstellung zum Zeitpunkt t0 aufgegeben. In dieser Zeitspanne
können durch Meß- und Auswerteeinrichtungen die den Verlauf der
Bestromungsfunktion bestimmenden Parameter und damit der Ver
lauf der Drosselklappenstellung festgelegt werden. Zweckmäßig
wird eine Änderung der Drosselklappenstellung durch Beaufschla
gung des Stellglieds mit der Bestromungsfunktion ausgelöst,
wenn die Änderung der Gaspedalstellung - mithin die Geschwin
digkeit des Gaspedals - oberhalb eines Schwellenwerts liegt,
der sich aus der Ausgangsstellung des Gaspedals, der Gaspedal
wegdifferenz, der Motordrehzahl und/oder der Gangstellung be
stimmt. Aus diesen Parametern kann zunächst der Anfangsverlauf
der Bestromungsfunktion, insbesondere der Verlauf des lokalen
Maximums Imax und des lokalen Minimums Imin, bestimmt werden. Aus
weiteren, zyklisch erfaßten Messungen zu einem späteren, nach
t2 liegenden Zeitpunkt kann das Endniveau der Bestromungsfunk
tion bzw. der Drosselklappenstellung festgestellt werden.
Fig. 3 zeigt den Verlauf DK der Drosselklappenstellung, die
sich als Reaktion auf die Bestromungsfunktion I einstellt. Der
Verlauf DK steigt von einer Anfangsschließstellung DKu begin
nend auf ein lokales Maximum DKmax, sinkt anschließend auf ein
lokales Minimum DKmin, das bei Null bzw. einem Wert geringfügig
über Null liegt, und steigt schließlich auf eine Zielöffnungs
stellung DKo an, mit der entsprechend der Endstellung des Gas
pedals die Endgeschwindigkeit bzw. der Zielwert des Motormo
ments erreicht wird. Die Funktion der Drosselklappenstellung
ist bis in die zweite Ableitung stetig.
Als Reaktion auf die Änderung der Drosselklappenstellung stellt
sich der in Fig. 4 gezeigte Verlauf des Saugrohrdrucks p2S und
der in Fig. 5 gezeigte Verlauf des Motormoments M ein. Beide
Funktionen steigen wie die Bestromungsfunktion I und die Dros
selklappenstellung DK ausgehend von einem Anfangswert auf ein
lokales Maximum p2Smax bzw. Mmax, fallen anschließend auf ein lo
kales Minimum p2Smin bzw. Mmin ab und steigen schließlich auf ei
nen jeweiligen Endwert bzw. Zielwert an. Je nach Fahrervorgabe
stellen sich unterschiedlich hohe lokale Maxima und Minima mit
entsprechend unterschiedlichen Gradienten ein, wobei der quali
tative Verlauf im wesentlichen gleich bleibt. Die Funktionen
des Saugrohrdrucks p2S und des Motormoments M sind wie die
Drosselklappenfunktion bis in die zweite Ableitung stetig.
Die Zeitabstände zwischen lokalem Maximum, lokalem Minimum und
Zielwert sind vorteilhaft auf die Schwingungsdauer der Ruckel
schwingung abgestimmt. Die Zeitspanne zwischen der Anfangs
schließstellung der Drosselklappe bzw. dem Momentenanfangswert
und der Zielöffnungsstellung bzw. dem Momentenzielwert beträgt
vorzugsweise ¼ bis ½ der Schwingungsdauer der Ruckelschwin
gung, wobei der genaue Wert von den erreichbaren Gradienten im
Verlauf der Drosselklappenstellung bzw. im Verlauf des Motormo
ments abhängt. Bei sehr steilen Gradienten bewegt sich die
Zeitspanne in Richtung ¼, bei flacheren Gradienten in Rich
tung ½ der Schwingungsdauer der Ruckelschwingung. Die Zeit
dauer des lokalen Minimums im Verlauf der Drosselklappenstel
lung bzw. des Motormoments beträgt unter Berücksichtigung der
Kriterien für die Gradienten entsprechend maximal ¼ der
Schwingungsdauer der Ruckelschwingung.
Die Funktionen werden zum Beschleunigen von links nach rechts
durchlaufen. Bei einer Fahrzeugverzögerung werden die Funktio
nen in entgegengesetzter Richtung von rechts nach links durch
laufen; das Fahrzeug kann entsprechend ruckelfrei verzögert
werden.
Claims (11)
1. Verfahren zur Vermeidung von Ruckelschwingungen beim Be
schleunigen von Kraftfahrzeugen durch Beeinflussung der Dros
selklappenstellung, wobei zur Umsetzung eines Motor-
Momentenverlaufs (M) zwischen einem unteren Momentenanfangswert
(Mu) und einem oberen Momentenzielwert (Mo) der Verlauf der
Drosselklappenstellung (DK) zwischen einer dem Momentenanfangs
wert (Mu) entsprechenden Anfangsschließstellung (DKu) und einer
dem Momentenzielwert (Mo) entsprechenden Zielöffnungsstellung
(DKo) verändert wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Verlauf der Drosselklappenstellung (DK) benachbart zur
Anfangsschließstellung (DKu) ein die Drosselklappe öffnendes
lokales Maximum (DKmax) und zwischen dem lokalen Maximum (DKmax)
und der Zielöffnungsstellung (DKo) ein die Drosselklappe
schließendes lokales Minimum (DKmin) aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Drosselklappe über ein elektrisch betätigbares Stell
glied eingestellt wird und der Verlauf der Drosselklappenstel
lung (DK) durch eine das Stellglied beaufschlagende Bestrom
ungsfunktion (I) gesteuert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Einstellung des lokalen Maximums (DKmax) des Verlaufs
der Drosselklappenstellung (DK) die Bestromungsfunktion (I) ei
nen Sprung aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bestromungsfunktion (I) näherungsweise eine Rechteck
funktion ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das lokale Minimum (DKmin) Null beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zeitspanne zwischen der Anfangsschließstellung (DKu)
der Drosselklappe und der Zielöffnungsstellung (DKo) der Dros
selklappe ¼ bis ½ der Schwingungsdauer der Ruckelschwingung
beträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dauer des lokalen Minimums (DKmin) maximal ¼ der
Schwingungsdauer der Ruckelschwingung beträgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Änderung der Drosselklappenstellung (DK) ausgelöst
wird, wenn die Geschwindigkeit des Gaspedals des Kraftfahrzeugs
oberhalb eines gegebenen Schwellwerts liegt.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schwellwert durch mindestens einen der folgenden Para
meter bestimmt wird: die Ausgangsstellung des Gaspedals, die
Gaspedalwegdifferenz, die Motordrehzahl, die Gangstellung.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß vor Beginn der Verstellung der Drosselklappe aus einer die
Brennkraftmaschine beschreibenden Zustandsgröße ein Rohwert des
oberen Momentenzielwerts zur Ansteuerung der Drosselklappe be
stimmt wird und in zeitdiskreten Abständen der aktuelle Momen
tenzielwert anhand der aktuellen Zustandsgröße korrigiert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zustandsgröße die Gaspedalgeschwindigkeit ist.
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