DE19916655B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Antriebseinheit eines Fahrzeugs - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Antriebseinheit eines Fahrzeugs Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs, wobei das Drehmoment der Antriebseinheit im Sinne einer Verringerung von Drehzahlschwingungen beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß während eines Schaltvorgangs keine Beeinflussung des Drehmoments in diesem Sinne stattfindet und dass die Beeinflussung des Drehmoments der Antriebseinheit im Sinne einer Verringerung von Drehzahlschwingungen zu einem Zeitpunkt nach einem erkannten Extremum im Drehzahlverlauf wiederaufgenommen wird.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
  • Aus der nachveröffentlichten DE 198 06 393 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Antriebseinheit eines Fahrzeugs bekannt, wobei Schwingungen im Antriebsstrang des Fahrzeugs durch einen Regler verringert bzw. eliminiert werden. Dieser Regler beeinflusst das Drehmoment der Antriebseinheit in schwingungsreduzierendem Sinn auf der Basis der Istdrehzahl und einer die Abtriebsdrehzahl repräsentierenden Modelldrehzahl. In wenigstens einer Betriebssituation bei erkanntem Kraftschluss wird die Modelldrehzahl auf einen von der Änderung der Istdrehzahl abhängigen Wert gesetzt.
  • Aus der DE 34 04 154 C2 ist eine Regeleinrichtung zur Unterdrückung von Schwingungen im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bekannt.
  • Aus der DE 195 23 898 A1 ist ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung bekannt. Dort wird zur Verringerung von Schwingungen im Antriebsstrang des Fahrzeugs das Drehmoment der Antriebseinheit, insbesondere deren Zündwinkel, nach Maßgabe eines Vergleichs zwischen der Drehzahl der Antriebseinheit und einer anhand der Drehmomentenzustände im Antriebsstrang des Fahrzeugs gewonnenen Modelldrehzahl beeinflußt. Die Modelldrehzahl entspricht dabei dem Fahrerwunsch, der aus einem den Fahrerwunsch repräsentierenden Moment durch Integrieren gebildet wird.
  • Durch Vergleich dieser Modelldrehzahl mit der Drehzahl der Antriebseinheit werden Schwingungen des Fahrzeugantriebs erkannt und durch phasenrichtige Momenteneingriffe gedämpft. Bei Schließen des Kraftschlusses, beispielsweise bei Schließen einer Kupplung, bei Gangwechseln, etc., treten schnelle Drehzahlgradienten auf. Wegen des Integratorverhaltens kann dadurch eine große Differenz zwischen Modelldrehzahl und Motordrehzahl entste hen, welche eine große, an sich unzulässige Drehmomentenbeeinflussung nach sich zieht. In besonders schwerwiegenden Fällen kann sich dies für den Fahrer z. B. als ein Drehmomenteneinbruch auswirken.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben, die eine derartige unerwünschte Beeinflussung des Drehmoments bei Lösen bzw. Herstellen des Kraftschluß im Antriebsstrang wirksam vermeiden.
  • Dies wird durch die de Merkmale der unabhängigen Patentansprüche erreicht.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die eingangs genannte unerwünschte Beeinflussung des Drehmoments bei einem Schaltvorgang, insbesondere beim Herstellen des Kraftschlusses, durch eine eine Drehzahlschwingung verringernde Steuerung des Drehmoments der Antriebseinheit wird wirksam vermieden. Das Unwirksamschalten dieser Steuerung und die Wiederaufnahme der Steuerung nach Erkennen eines Extremwerts im Drehzahlverlaufs erlaubt, daß diese Steuerung nach Schließen des Kraftschlusses ohne Zeitverzug eingreifen kann und dem Schaltruck mit korrektem Eingriff in das Drehmoment der Antriebseinheit entgegenwirkt bzw. diesen minimiert. Undefinierte Zustände werden zufriedenstellend abgefangen.
  • Von besonderem Vorteil ist, daß durch diese Maßnahme auch der Schaltruck bei sehr schnellen Schaltvorgängen, bei denen das Kupplungspedal sehr schnell gelöst wird und somit auch bei losgelassenem Kupplungspedal noch sehr große Drehzahlgradienten auftreten, wirksam minimiert wird.
  • Besonders vorteilhaft ist, daß durch eine Initialisierung der Modelldrehzahl mit der Motordrehzahl zum Zeitpunkt der Wiederaufnahme der Steuerung eine unerwünschte Beeinflussung des Drehmoments bei Beendigung des Schaltvorgangs verhindert wird und undefinierte Drehzahlschwingungen nicht entstehen bzw. vorhandenen Schwingungen entgegengewirkt wird.
  • Durch diese verbesserte Initialisierung der Modelldrehzahl nach Beendigung des Schaltvorgangs wird eine bei Beendigung des Schaltvorgangs entstehende Drehzahlschwingung isoliert, der dann mit den entsprechenden entgegengesetzten Beeinflussung des Motors ohne Zeitverzug entgegengewirkt wird.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen beziehungsweise aus den abhängigen Patentansprüchen.
  • Zeichnung
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt 1 ein Übersichtsschaltbild eines Steuersystems für eine Brennkraftmaschine, während in 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zur Verringerung von Drehzahlschwingungen als Flußdiagramm dargestellt ist. Dieses zeigt eine bevorzugte Realisierung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise als Rechnerprogramm. In 3 schließlich ist deren Wirkungsweise anhand von Zeitdiagrammen verdeutlicht.
  • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • 1 zeigt ein Übersichtsschaltbild eines Steuersystems für eine Brennkraftmaschine. Dabei ist mit 10 eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine symbolisiert, welche über ein Ansaugsystem 12 sowie eine Kurbelwelle 14 verfügt. Im An saugsystem 12 ist u. a. eine Meßeinrichtung 16 zur Erfassung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine (Luftmasse, Luftmenge, Saugrohrdruck) vorgesehen, von der eine Leitung 18 zu einer elektronischen Steuereinheit 20 zur Steuerung der Brennkraftmaschine ausgeht. Im Bereich der Kurbelwelle 14 ist eine Meßeinrichtung 22 zur Erfassung der Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 dargestellt, von der eine Leitung 24 zur Steuereinheit 20 führt. Die Steuereinheit 20 weist weitere Eingangsleitungen 26 bis 28 von Meßeinrichtungen 30 bis 32 zur Erfassung weiterer Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine und/oder des Fahrzeugs auf. Derartige Betriebsgrößen sind beispielsweise Motortemperatur, Fahrzeuggeschwindigkeit, Gaspedalbetätigungsgrad (Fahrerwunsch), Getriebestellung, Gang-Information Steuersignale von weiteren Steuereinheiten (Getriebesteuerung, Antriebsschlupfregelung), der Schaltzustand eines Kupplungsschalters, Informationen über den Status einer Wandlerkupplung, etc.. Über wenigstens eine Ausgangsleitung 34 steuert die Steuereinheit wenigstens den Zündwinkel der Brennkraftmaschine. Ferner weist die Steuereinheit 20 weitere Ausgangsleitungen 36 zur Beeinflussung der Kraftstoffzumessung sowie ggf. eine Ausgangsleitung 38 zur Beeinflussung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine auf. Zur Durchführung der nachfolgend beschriebenen Steuerung umfaßt die Steuereinheit 20 ferner wenigstens einen Mikrocomputer, in dem Programme zur Durchführung der nachfolgend beschriebenen Steuerung implementiert sind.
  • Eine dieser Steuerungen ist eine wie zum Beispiel im eingangs genannten Stand der Technik dargestellte Steuerung zur Kompensation von Drehzahlschwingungen im Triebstrang, eine sogenannte Antiruckelfunktion (ARF). Diese verringert Drehzahlschwingungen im Triebstrang, die durch die Elastizität der Antriebswelle 14 insbesondere beim Übergang vom Schiebebetrieb der Antriebseinheit in den Beschleunigungsbetrieb oder beim Schaltvorgang eines Handschalt- oder Automatikge triebes auftreten, die sich auf das Fahrzeug übertragen und den Fahrkomfort sowie das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs erheblich beeinträchtigen können.
  • Um derartige Schwingungen zu vermeiden, wird beispielsweise der aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannte Regler eingesetzt. Bei einem solchen Regler wird durch Integration eine Modelldrehzahl nmod ermittelt, welche aus dem Fahrerwunsch abgeleitet ist. Die Modelldrehzahl wird durch Integration eines Beschleunigungsmomentes ermittelt, welches die Abweichung des vom Fahrer vorgegebenen Drehmoments der Antriebseinheit und eines aus den tatsächlichen Drehzahlverhältnissen im Antriebsstrang ermittelten Lastmoments ist. Die Abweichung dieser Modelldrehzahl und der gemessenen Motordrehzahl führt zu einer Isolierung der Drehzahlschwingung, wobei im wesentlichen proportional zu dieser Abweichung eine Änderung des Drehmoments ermittelt wird, die, vorzugsweise durch eine Änderung der Zündwinkeleinstellung realisiert, der Schwingung gegengekoppelt wird.
  • Der Integrator zur Bildung der Modelldrehzahl ist bei einer Kraftschlußunterbrechung (z. B. während eines Schaltvorgangs, wenn die Verbindung zwischen Antriebseinheit und Abtrieb offen ist) mit Wiederherstellen des Kraftschlusses im Antriebsstrang neu zu initialisieren, da während des Gangwechsels und im Übergang von offen zu dem kraftschlüssigen Triebstrang sehr hohe Motordrehzahländerungen oder -gradienten auftreten, die wiederum die Funktion der Antiruckelfunktion empfindlich stören würden. Dies deshalb, weil bei Schaltvorgängen es aufgrund der hierbei auftretenden hohen Drehzahlgradienten durch öffnen und Wiederherstellen des Kraftschlusses (z. B. durch öffnen und Schließen der Kupplung) zu größeren Differenzen zwischen Modell- und Motordrehzahl, was wiederum zu unerwünschten Momenteneingriffen führen würde. Aus diesem Grund wird die beschriebene An tiruckelfunktion während nicht vorhandenem Kraftschluß (z. B. bei offener Kupplung) abgeschaltet. Die Abschaltung erfolgt z. B. durch zwangsweises Gleichsetzen der Modelldrehzahl mit der aktuellen Motordrehzahl, durch Abschalten des Programm oder durch Unwirksamschalten. Beim Wiedereinschalten nach Abschluß des Schaltvorgangs bei wiederhergestelltem Kraftschluß (z. B. geschlossene Kupplung), muß die Modelldrehzahl initialisiert werden. Die Modelldrehzahl wird dabei mit der Motordrehzahl gleichgesetzt, so daß es zu keinen Differenzen zwischen den beiden Drehzahlen kommt. Problematisch ist der richtige Zeitpunkt des Wiedereinschaltens bzw. Wirksamschaltens der Antiruckelfunktion, an dem auch die Modelldrehzahl initialisiert wird. Dies hat so zu erfolgen, daß der entstehende Schaltruck minimiert und keine unerwünschten (d. h. Schwingungen oder Momentenänderung erzeugende) Momenteneingriffe durch die Antiruckelfunktion erfolgen.
  • Es hat sich gezeigt, daß bei Schaltvorgängen sich immer charakteristische Drehzahlverläufe ergeben. Beispielsweise ergibt sich bei einem Hochschaltvorgang bei Öffnen des Kraftschlusses (Betätigung des Kupplungspedals) ein Drehzahlabfall, der nach Wiederherstellen des Kraftschlusses (Schließen der Kupplung) mit einer mehr oder weniger stark ausgeprägten Drehzahlschwingung endet. Die Periodendauer dieser Drehzahlschwingung ist in erster Näherung abhängig vom eingelegten Gang, das heißt vom Gang nach dem Schaltvorgang. Erfindungsgemäß wird zur Festlegung des Zeitpunkt der Aktivierung der Antiruckelfunktion und somit zur Initialisierung der Modelldrehzahl überprüft, ob ein Drehzahlunter- oder Überschwinger (vorzugsweise der erste) erkannt wird, im Anschluß an die Erkennung eines solchen Drehzahlextremums nach Ablauf einer vorzugsweise gangabhängigen Wartezeit die Antiruckelfunktion wieder aktiviert (wirksam geschaltet) und die Modelldrehzahl mit der Motordrehzahl initialisiert. Auf diese Weise greift die Antiruckelfunktion sofort nach dem Schaltvorgang in richtigem Sinne ein und wirkt einer Drehzahlschwingung unverzögert entgegen.
  • Hängt die Deaktivierung beziehungsweise Aktivierung der Antiruckelfunktion vom Status eines Kupplungsschalters ab, so wird das Rücksetzen des Status des Kupplungsschalters, das heißt die Anzeige für das losgelassene Kupplungspedal, so lange (unabhängig von der tatsächlichen Stellung des Pedals) verzögert, bis das oben genannten Drehzahlextremum erkannt wurde.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die geschilderte Vorgehensweise als Programm eines Rechners der Steuereinheit 20 realisiert. Ein solches Programm ist anhand des Flußdiagramms nach 2 skizziert. Das dargestellte Programm wird mit Erkennen des Beginns eines Schaltvorgangs eingeleitet. Dabei wird je nach Ausführungsbeispiel ein Schaltvorgang dann als begonnen angenommen, wenn die Kupplung geöffnet wird (z. B. Pedal betätigt), das heißt eine bestimmte Kupplungsstatusinformation vorliegt, oder wenn das Verhältnis aus Motordrehzahl zur Abtriebsdrehzahl oder Fahrgeschwindigkeit den einzelnen Gangstufen zugeordneten Quotientengrößen nicht mehr entspricht. Darüber hinaus kann auch eine Information über eine Veränderung der Gangstellung als Basis für die Entscheidung, daß ein Schaltvorgang vorliegt, herangezogen werden.
  • Wurde also der Beginn eines Schaltvorgangs erkannt, wird gemäß Schritt 100 die Antiruckelfunktion angehalten. Dies bedeutet, daß die Modelldrehzahl auf die Motordrehzahl gesetzt wird, so daß keine Drehzahlabweichung erkannt und keine Drehmomentenänderung berechnet wird. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Berechnung insgesamt unterbrochen oder die drehmomentenändernde Wirkung unterdrückt. Danach wird im Schritt 101 überprüft, ob der Kraftschluß im Triebstrang wiederhergestellt ist (z. B. losgelassene Kupplung, etc.). Ist dies nicht der Fall, bleibt die ARF-Funktion gemäß Schritt 100 abgeschaltet. Ist der Kraftschluß hergestellt, wird im Schritt 102 die aktuelle Motordrehzahl nmot erfaßt und im darauffolgenden Abfrageschritt 104 überprüft, ob ein (vorzugsweise das erste) Extremum der Motordrehzahl vorliegt. Beim Hochschalten (z. B. vom 1. in 2. Gang) ist dieses Extremum ein Minimum, bei Zurückschalten (z. B. vom 2. in 1. Gang) ein Maximum. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird dabei die zeitliche Ableitung der Motordrehzahl berechnet und abhängig von deren Verhalten oder auf der Basis des Verhaltens der zweiten zeitlichen Ableitung der Motordrehzahl das Extremum bestimmt. Schritt 102 und 104 werden dabei so lange wiederholt, bis erstmalig ein Extremum erkannt wurde.
  • Ist die Aktivierung bzw. Deaktivierung der ARF-Funktion von einer Information über den beendeten Schaltvorgang abhängig (z. B. Information über losgelassene Kupplung), so wird die die Aktivierung bzw. Deaktivierung bewirkende Marke im Sinne eines beendeten Schaltvorgangs zurückgesetzt, wenn erstmalig ein Extremum erkannt wurde.
  • Im Schritt 106 wird dann eine von der Übersetzung nach Beendigung des Schaltvorgangs abhängige Wartezeit abgewartet. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird diese Wartezeit abhängig von der Gangstellung so vorgegeben, daß mit Ablauf der Wartezeit sich ein Wendepunkt im charakteristischen Drehzahlverlauf nach dem ersten Extremum ergibt. Nach Schritt 106 wird im Schritt 108 die Motordrehzahl erfaßt und im Schritt 110 die Modelldrehzahl nmod auf die im Schritt 108 erfaßte Motordrehzahl gesetzt. Daraufhin wird gemäß Schritt 112 die Antiruckelfunktion wieder gestartet (wirksam geschaltet), so daß die vorliegenden Drehzahlschwingungen, die nach Beendigung des Schaltvorgangs auftreten, vermindert werden. Nach Schritt 112 wird das Programm beendet und bei Einleiten des nächsten Schaltvorgangs erneut durchlaufen.
  • In 3 ist anhand eines typischen Verlaufes bei einem Schaltvorgang vom ersten in den zweiten Gang die oben dargestellte Vorgehensweise weiter verdeutlicht. Dabei ist aufgetragen der zeitliche Verlauf der Motordrehzahl (durchgezogene Linie), der Verlauf der Modelldrehzahl für die Antiruckelfunktion (strichlierte Linie), das Schaltsignal (KUP) eines mit dem Kupplungspedal verbundenen Kupplungsschalters, die aus dem Kupplungsschalter abgeleitete Information bezüglich des Beginns und des Ende des Schaltvorgangs (SCHALT) sowie die Betriebsphasen der Antiruckelfunktion (ARF).
  • Zum Zeitpunkt t0 betätigt der Fahrer den Kupplungsschalter, wobei ein Schaltvorgang eingeleitet wird. Entsprechend verändern die Signale des Kupplungsschalters KUP sowie die den Schaltvorgang kennzeichnende Information SCHALT ihren Pegel. Zu diesem Zeitpunkt wird die Antiruckelfunktion deaktiviert, so daß sich auch in dem Signal ARF eine Pegeländerung ergibt. Infolge des offenen Triebstrangs fällt die Drehzahl nmot ab. Zum Zeitpunkt t1 läßt der Fahrer das Kupplungspedal wieder los, so daß die Kupplungsschalterinformation ihren Pegel wieder auf den der geschlossenen Kupplung zugeordneten Pegel ändert. Infolge der oben dargestellten Vorgehensweise wird zum Zeitpunkt t1 allerdings noch keine Beendigung des Schaltvorgangs angenommen. Dies ist erst dann der Fall, wenn zum Zeitpunkt t2 das erste Drehzahlminimum erkannt wurde. Entsprechend wird zu diesem Zeitpunkt der Schaltvorgang als beendet angenommen und die Schaltinformation SCHALT zurückgesetzt. Danach läuft bis zum Zeitpunkt t3 die gang- beziehungsweise übersetzungsabhängige Wartezeit, wobei zum Zeitpunkt t3 nach Ablauf der Wartezeit die Antiruckelfunktion wieder aktiviert wird (vergleiche Verlauf des Signals ARF). Zum Zeitpunkt t3 wird dann die Modelldrehzahl nmod mit der Istdrehzahl nmot initialisiert, wobei die Antiruckelfunktion die nach dem Zeitpunkt t3 entstehenden Drehzahlschwingungen reduziert beziehungsweise diesen entgegenwirkt.
  • Die dargestellte Vorgehensweise wird sowohl bei Handschalt-, bei Automatikgetrieben oder Getrieben mit elektrisch betätigbarer Kupplung durchgeführt, wobei die Information über Beginn und Ende des Schaltvorgangs aus den entsprechenden Information einer Getriebesteuerung abgeleitet wird. Die dargestellte Vorgehensweise wird sowohl bei Hoch- als auch bei Rückschaltvorgängen eingesetzt.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs, wobei das Drehmoment der Antriebseinheit im Sinne einer Verringerung von Drehzahlschwingungen beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß während eines Schaltvorgangs keine Beeinflussung des Drehmoments in diesem Sinne stattfindet und dass die Beeinflussung des Drehmoments der Antriebseinheit im Sinne einer Verringerung von Drehzahlschwingungen zu einem Zeitpunkt nach einem erkannten Extremum im Drehzahlverlauf wiederaufgenommen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ablauf einer vorgegebenen Wartezeit die Beeinflussung des Drehmoments wieder aufgenommen wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Extremum das erste Extremum nach Wiederherstellen des Kraftschluß ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung des Drehmoments abhängig von der Abweichung der Motordrehzahl von einer Modelldrehzahl durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zeitpunkt der Wiederaufnahme der Beeinflussung die Modelldrehzahl auf die dann vorliegende Motordrehzahl gesetzt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wartezeit abhängig von der vorliegenden Übersetzung im Triebstrang insbesondere der Gangstellung, ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung des Drehmoments mit Beginn des Schaltvorgangs abgeschaltet wird, wobei der Beginn des Schaltvorgangs insbesondere bei Betätigung eines die Kupplungspedal vorliegt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beendigung des Schaltvorgangs dann angenommen wird, wenn der Drehzahlverlauf ein Extremum erreicht, auch wenn das Kupplungspedal losgelassen ist.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der abgeschalteten Beeinflussung des Drehmoments die Modelldrehzahl ständig auf die Motordrehzahl festgesetzt ist.
  10. Vorrichtung zur Steuerung der Antriebseinheit eines Fahrzeugs, mit einer Steuereinheit (20), die das Drehmoment der Antriebseinheit im Sinne einer Verminderung von Drehzahlschwingungen beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (20) einen Mikrocomputer umfaßt, welcher derart ausgestaltet ist, daß er die Beeinflussung des Drehmoments während eines Schaltvorgangs unwirksam schaltet, und dass der Mikrocomputer ferner derart ausgestaltet ist, daß die Beeinflussung des Drehmoments wieder aufgenommen wird abhängig von der Erkennung eines Extremums im Drehzahlverlauf.
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