DE19943332A1

DE19943332A1 - Verfahren zur Regelung der Fahrzeugbeschleunigung für ein Kraftfahrzeug mit einem stufenlosen Automatgetriebe

Info

Publication number: DE19943332A1
Application number: DE19943332A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Danz; Andreas Piepenbrink; Patrick Speicher
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1999-09-10
Filing date: 1999-09-10
Publication date: 2001-03-15
Also published as: US6370462B1

Abstract

Im Rahmen des Verfahrens zur Regelung der Fahrzeugbeschleunigung für ein Kraftfahrzeug mit einem stufenlosen Automatgetriebe wird die Fahrzeugbeschleunigung durch die Übersetzungsverstellung im stufenlosen Automatgetriebe mit einem modellbasierten Regleransatz unter Verwendung eines Zustandsschätzverfahrens zur Schätzung des Abtriebsmomentes geregelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Fahrzeugbeschleunigung für ein Kraftfahrzeug mit einem stu fenlosen Automatgetriebe gemäß dem Oberbegriff des An spruchs 1.

Ein stufenloses Automatgetriebe (CVT-Getriebe) nach dem Umschlingungsprinzip besteht üblicherweise u. a. aus einer Anfahreinheit, einer Vorwärts/Rückwärtsfahreinheit, einer Zwischenwelle, einem Differential, aus hydraulischen und elek tronischen Steuereinrichtungen sowie aus einem Variator. Der Variator umfasst üblicherweise eine Primär- und eine Sekun därscheibe, wobei beide Scheiben aus paarweise angeordneten Kegelscheiben gebildet sind und ist mit einem momentenüber tragenden Umschlingungselement versehen, das zwischen den beiden Kegelscheibenpaaren umläuft. In einem derartigen Ge triebe wird die aktuelle Übersetzung durch den Laufradius des Umschlingungselementes definiert, der wiederum eine Funktion der axialen Position der Kegelscheiben ist.

Bei einer Übersetzungsänderung werden folglich kon struktionsbedingt die Kegelscheibenpaare von Primär- und Se kundärscheibe des Variators wechselseitig und komplementär zueinander über entsprechende Ansteuerelemente auseinander- und zusammengeschoben, was eine Änderung des Laufradius des Umschlingungselementes auf den Kegelscheiben und somit eine Änderung der Übersetzung zwischen Primär- und Sekundärseite bewirkt.

Nach dem Stand der Technik bewirkt eine Rückschaltung in Abhängigkeit von der jeweiligen Auslegung eine Verzögerung des Fahrzeugs, während eine Hochschaltung u. U. eine entspre chende Beschleunigung bewirkt. Diese Effekte sind jedoch nicht immer erwünscht.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem erwähnten Stand der Technik, ein Verfahren zur Regelung der Fahrzeugbeschleunigung eines Fahrzeugs mit einem stufenlosen Automatgetriebe anzugeben, derart, dass eine unerwünschte Verzögerung bzw. Beschleuni gung des Fahrzeugs während des Schaltvorgangs vermieden wird und dass der zeitliche Verlauf der Beschleunigung eingestellt werden kann.

Zudem soll der Komfort für den Fahrer erhöht sowie Antriebsstrangschwingungen unterdrückt werden.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die Merk male des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Demnach wird vorgeschlagen, die Fahrzeugbeschleunigung durch die Übersetzungsverstellung im stufenlosen Automatge triebe mit einem modellbasierten Regleransatz unter Verwen dung eines Zustandsschätzverfahrens zur Schätzung des Ab triebsmomentes zu regeln.

Gemäß der Erfindung wird im Rahmen der Regelung das Fahrwiderstandsmoment mittels eines Störgrößenbeobachters geschätzt. Hierbei wird ein Antriebsstrangmodell verwendet.

Durch die Störgrößenbeobachtung wird als Modellgröße das Fahrwiderstandsmoment geliefert, wodurch ein sehr ge nauer Zusammenhang zwischen Fahrzeugbeschleunigung und Übersetzungsgradienten hergestellt und eingehalten wird.

Folglich ergeben sich Möglichkeiten für die Fahrstra tegie, den Begriff der Spontanität zu definieren und bei spielsweise für Rückschaltungen applizierbar zu machen. Durch die hier vorgeschlagene Regelung der Fahrzeugbe schleunigung über die Übersetzungsverstellung kann eine sportliche verzögerungsfreie Rück- und Hochschaltungen rea lisiert werden.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung, näher erläutert.

In dieser stellen dar:

Fig. 1 eine vereinfachte Blockschaltbilddarstellung des verwendeten Antriebsstrangmodells und

Fig. 2 eine Blockschaltbilddarstellung der Regel kreisstruktur gemäß der vorliegenden Erfin dung.

Fig. 1 zeigt einen einachsig modellierten Antriebs strang, bestehend aus drei zu konzentrierten Trägheiten zu sammengefaßten Wellen. Diese Wellen sind im einzelnen die Antriebswelle mit Winkelgeschwindigkeit ω₁ und Trägheit J₁, die Sekundärwelle mit Winkelgeschwindigkeit ω₂ und Träg heit J₂ und die Abtriebswelle mit Winkelgeschwindigkeit ω_ab und Trägheit J_fahr (resultiert aus Abtrieb und Reifen). Meßgrö ßen hierbei sind das Motormoment M_Mot, die Variatorüberset zung iv und die Winkelgeschwindigkeit ω₂ der Sekundärwelle. Für das verwendete Zustandsschätzverfahren reicht die Angabe einer Drehzahl und eines Momentes aus, um die Eingangsgrößen des Verfahrens zu bilden.

Im Rahmen des Zustandsschätzverfahrens wird der Über setzungsgradier

in Abhängigkeit von der Fahrzeugbe schleunigung wie folgt aus der Gleichung für die Abtriebs welle

nach Auflösen nach dem Übersetzungsgradienten berechnet:

mit den Größen:
M_Mot: Antriebsmoment
M_Last: geschätztes Antriebs- bzw. Fahrwiderstandsmoment
ω₁: Winkelgeschwindigkeit der Sekundärdrehzahl
iv: Übersetzung des Variators
J₁, J₂, J_Fahr: Trägheiten
i_a: Achsübersetzung (konstant)
η: Wirkungsgrad Antrieb
η₂: Wirkungsgrad Abtrieb

Diese Gleichung bildet das inverse Modell des An triebsstrangmodells.

Mit der Einführung der Beziehung für die Sollfahrzeug beschleunigung:

mit r_dyn, als wirksamen Reifenradius.

Die Gleichung für die Abtriebswelle wird durch folgen den Zusammenhang beschrieben:

Eine Übersetzungsänderung, die über einen Regler ein stellbar ist, hängt direkt von der gewünschten Fahrzeugbe schleunigung a_Fzg ab und kann somit direkt für den Überset zungsregler verwendet werden. Durch die Regelung auf

folgt nach Integration der Verlauf der Übersetzung iv.

Aus diesem Zusammenhang zwischen Fahrzeugbeschleuni gung und Übersetzung lassen sich Kriterien für Sportlich keit und Spontanität ableiten und in Form einer Sollwert vorgabe a_Fzg umsetzen.

Die Fahrstrategie kann dabei Ihren Sollwert für die Übersetzung beibehalten (z. B. den Rechteckverlauf für eine Tipfunktion). Der Eingriff mittels der Regelung erfolgt situationsabhängig.

Voraussetzung bleibt die Kenntnis des Fahrwiderstands momentes M_Fahr über einen Störgrößenbeobachter oder ein Kal manfilter.

Daraus ergeben sich zwei Regelstrategien zu einer Re gelung über den Übersetzungsgradienten

1. Vorgabe der Fahrzeugbeschleunigung und Regelung über den Übersetzungsgradienten oder alternativ
2. Vorgabe des Fahrwiderstandsmomentes M_last und Regelung über den Übersetzungsgradienten.

Erfindungsgemäß wird hier die erste Möglichkeit der Vorgabe der Fahrzeugbeschleunigung gewählt. Hierbei erfolgt die Realisierung der Schätzung des Fahrwiderstandsmomentes M_Last über die Gleichung für die Abtriebswelle:

Hierbei wird mit M_Last als Störgröße d. h. mit der Gleichung _Last = 0 beobachtet. Dabei werden die Überset zung iv und der Übersetzungsgradient div/dt als (zeitvari anter) Parameter mitgeführt. Gemessene Ausgangsgröße ist die Winkelgeschwindigkeit ω₂ der Sekundärwelle des Varia tors. Eingangsgröße ist das Motormoment M_Mot.

Die Begrenzung bei Rückschaltungen kann z. B. im ein fachsten Fall aufgrund der Vorgabe a_Fzg ≧ 0 und die Begren zung von Hochschaltungen kann aufgrund der Vorgabe a_Fzg ≦ 0 erfolgen. Erfindungsgemäß wird die Fahrzeugbeschleunigung über ein Tiefpaßfilter gefiltert, derart, dass lediglich die erste Harmonische der Fahrzeugbeschleunigung im Signal erscheint (die hochfrequenten Beschleunigungsanteile sind nicht Bestandteil der Sollwertführung und auch nicht in den vereinfachten Gleichungen des Antriebsstranges enthalten). Dadurch werden Rückkopplungen vermieden, die zu einem in stabilen unkomfortablen Regelkreisverhalten für den Fahrer führen würden.

Gemäß Fig. 2 wird im Rahmen der Regelung der Fahrzeug beschleunigung das Fahrwiderstandsmoment M_Last mittels eines Störgrößenbeobachters geschätzt und an die inverse Regel strecke weitergeleitet. Der Regelkreis besteht aus der Re gelstrecke, der inversen Regelstrecke (physikalisch- mathematisches Modell), sowie den Störgrößenbeobachter mit dem Motormoment M_Mot als Eingangsgröße und der Sekundär scheibendrehzahl als Ausgangs- bzw. Regelgröße. Die Füh rungsgröße des Regelkreises ist die Fahrzeugbeschleuni gung a_Fzgsoll; die Stellgröße ist der Übersetzungsgradient div/dt.

Claims

1. Verfahren zur Regelung der Fahrzeugbeschleunigung für ein Kraftfahrzeug mit einem stufenlosen Automatgetrie be, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugbeschleunigung durch die Übersetzungsverstellung im stufenlosen Automatgetriebe mit einem modellbasierten Reg leransatz unter Verwendung eines Zustandsschätzverfahrens zur Schätzung des Abtriebsmomentes geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das Fahrwiderstandsmoment mittels eines Störgrößenbeobachters geschätzt wird, wobei ein An triebsstrangmodell verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das Fahrwiderstandsmoment mittels eines Kalmanfilters geschätzt wird, wobei ein Antriebs strangmodell verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge kennzeichnet, dass zur Regelung der Fahrzeug beschleunigung ein Regelkreis verwendet wird, der die Re gelstrecke, die inverse Regelstrecke und den Störgrößenbe obachter bzw. dem Kalmanfilter mit dem Motormoment als Eingangsgröße und der Sekundärscheibendrehzahl als Aus gangsgröße enthält, wobei die Fahrzeugbeschleunigung a_Fzg die Führungsgröße und der Übersetzungsgradient
die Stellgröße des Regelkreises ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, dass die im Regler verwendete Formel für den Übersetzungsgradient
in Abhängigkeit von der Fahrzeugbeschleunigung wie folgt im Rahmen des verwendeten Antriebsstrangmodells aus der Gleichung für die Abtriebs welle gewünschten Fahrzeugbeschleunigung a_Fzg
berechnet wird:
mit:
r_dyn: wirksamer Reifenradius
M_Mot: Antriebsmoment
M_Last: geschätztes Abtriebs- bzw. Fahrwiderstandsmoment
ω₂ Winkelgeschwindigkeit der Sekundärwelle
iv: Übersetzung des Variators
J₁, J₂, J_fahr: Trägheiten
i_a: Achsübersetzung (konstant)
η: Wirkungsgrad Antrieb
η₂: Wirkungsgrad Abtrieb,
wobei die Schätzung des Fahrwiderstandsmomentes M_last über die Gleichung für die Abtriebswelle:
wobei mit M_Last als Störgröße bzw. mit der Gleichung _Last = 0 beob achtet wird, die Übersetzung iv und der Übersetzungsgra dient div/dt als zeitvariante Parameter mitgeführt werden und als gemessene Ausgangsgröße die Winkelgeschwindigkeit ω₂ der Sekundärwelle des Variators und als Eingangsgräße das Motormoment M_Mot verwendet werden.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahr zeugbeschleunigung über ein Tiefpaßfilter gefiltert wird, derart, dass lediglich niederfrequente Teile im Signal ent halten sind.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Begren zung bei Rückschaltungen aufgrund der Vorgabe a_Fzg ≧ 0 und die Begrenzung von Hochschaltungen aufgrund der Vorgabe a_Fzg ≦ 0 erfolgt.