DE19955987A1

DE19955987A1 - Steuersystem für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE19955987A1
Application number: DE19955987A
Authority: DE
Inventors: Peter Schiele; Klaus Steinhauser
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1999-11-20
Filing date: 1999-11-20
Publication date: 2001-07-12
Anticipated expiration: 2019-11-21
Also published as: DE19955987B4

Abstract

Es wird ein Steuersystem für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einer elektronischen Getriebesteuerung für ein Automatgetriebe und einer damit verbundenen elektronischen Motorsteuer für einen Antriebsmotor vorgeschlagen. Dabei wird der Motor bei Rückschaltungen im Schubbetrieb zur Einstellung eines applizierbaren Verlaufs der Fahrzeugverzögerung geregelt befeuert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem für einen An triebsstrang eines Kraftfahrzeuges nach der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.

Der Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges dient dazu, den Zug- und Schubkräftebedarf für die Fortbewegung ent sprechend dem Gleichgewicht zwischen Antrieb und Fahrwider ständen zu erfüllen. Hierzu wird er üblicherweise durch ein elektronisches Steuersystem unterstützt, welches neben wei teren Steuereinheiten eine elektronische Getriebesteuerung beispielsweise für ein Automatgetriebe und eine damit über geeignete Schnittstellen verbundene elektronische Motor steuerung für einen Antriebsmotor aufweist.

Die elektronische Getriebesteuerung von Automatgetrie ben führt vorrangig die Wahl des günstigsten Gangs und die Steuerung des Schaltablaufs durch, wobei diese Wahl von verschiedenen Größen abhängt. Eine wichtige Größe hierfür ist das Motordrehmoment, das bei aus der Praxis bekannten Steuersystemen direkt an die elektronische Getriebesteue rung für die Gangwahl weitergegeben und verwendet werden kann. Das Motordrehmoment kann alternativ hierzu jedoch auch aus anderen Meßgrößen, wie z. B. der Drosselklappen stellung oder der Luftmasse, gesondert ermittelt werden. Zusätzlich werden der Fahrzustand, die Gangwechselart und die Fahrgeschwindigkeit berücksichtigt, wenn die Druckan steuerung der Kupplungen des Getriebes und ihre Anpassung an das zu übertragene Moment vorgenommen wird. Auf diese Weise schaltet das System in Abhängigkeit der Getriebeab triebsdrehzahl und der Motorlast gegebenenfalls unter selbstlernender Anpassung an den Fahrstil des Fahrers und die vorliegende Verkehrssituation mit hohem Schaltkomfort den geeigneten Gang.

Wenn eine Rückschaltung vorgenommen wird, d. h. der Übergang von einer kleineren zu einer größeren Übersetzung, unterscheidet man je nach Schaltungsart in Zugrückschaltun gen und Schub- bzw. Bremsrückschaltungen. Als Zugrückschal tungen werden dabei alle Rückschaltungen mit dem Leistungs fluß vom Antriebsmotor zum Fahrzeug bezeichnet, während Brems- oder Schubrückschaltungen alle Übergänge sind, bei denen der Antrieb aus der potentiellen oder kinetischen Energie des Fahrzeugs erfolgt.

Die Steuerung des Überganges von einer kleineren zu einer größeren Übersetzung im Schubbetrieb erweist sich bei den bekannten Antriebsstrangsystemen jedoch häufig als un komfortabel, da je nach Größe des Gangsprungs bzw. der Übersetzungsänderung und des Schaltpunkts eine erhebliche Erhöhung der Fahrzeugverzögerung während der Überset zungsänderung auftritt. Die Verzögerung des Fahrzeugs ist dabei umso stärker, je früher die Rückschaltung einsetzt. Verursacht wird diese Verzögerung durch den zusätzlichen Bedarf an kinetischer Energie zum Beschleunigen der rotato rischen Massen von Motor und Getriebe während der Überset zungsänderung.

Eine sich stark ändernde Fahrzeugverzögerung während der Übersetzung wird von Fahrzeuginsassen jedoch als unan genehm empfunden, was zur Folge hat, daß Schubrückschaltun gen in der Praxis nur bei niedrigen Drehzahlen zugelassen weden.

Das Hochbeschleunigen des Motors durch Momentenüber tragung der zuschaltenden Kupplung kann insbesondere wenn kurze Schaltzeiten gewünscht sind, welche mit einem steile ren Drehzahlgradienten der Motordrehzahl verbunden sind, dazu führen, daß die Synchrondrehzahl des neuen Ganges überschritten wird. Dies hat jedoch nachteilhafterweise einen Flankenwechsel in den Zahnradpaarungen von der Schub- auf die Zugflanke zur Folge, wobei dies als Längsbeschleu nigungsänderung wie auch als Geräusch für die Fahrzeugin sassen wahrnehmbar ist, was ebenfalls zu einer Minderung des Komforts beiträgt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuer system für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einer elektronischen Getriebesteuerung für ein Automatge triebe zu schaffen, bei dem der Schaltkomfort bei Rück schaltungen im Schubbetrieb unter Vermeidung der oben be schriebenen Nachteile verbessert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Steuersy stem für einen Antriebsstrang gemäß den Merkmalen des Pa tentanspruches 1 gelöst.

Mit einem Steuersystem gemäß der Erfindung, bei dem der Motor während des Übergangs von einer kleineren zu ei ner größeren Übersetzung im Schubbetrieb geregelt befeuert wird, kann die benötigte Beschleunigungsenergie für die zu beschleunigenden rotatorischen Massen des Motors und Ge triebes auf eine Drehzahl, welche wenigstens annähernd der Synchronturbinendrehzahl des neuen Ganges entspricht, in vorteilhafter Weise durch den Motor selbst aufgebracht wer den. Durch den erfindungsgemäßen positiven Motoreingriff während der Rückschaltung im Schubbetrieb kann dabei vorteilhafterweise ein applizierbarer Verlauf der Fahrzeugver zögerung eingestellt werden, wobei die Fahrzeugverzögerung zur Realisierung eines sehr komfortablen Schaltverhaltens annähernd konstant gehalten werden kann. Andererseits ist es mit der erfindungsgemäßen Befeuerung während der Schubrückschaltung auch möglich, eine applikative Verzöge rungserhöhung so zu realisieren, daß der Fahrer bei anson sten hohem Schaltkomfort die Verzögerungsänderung als Rück meldung des Fahrzeugs, daß eine Schaltung eingesetzt hat, wahrnimmt.

Durch das geregelte Schubbefeuern des Motors während der Rückschaltung ergibt sich ferner der Vorteil, daß die Schubrückschaltpunkte in einem größeren Drehzahlbereich angesiedelt sein können, da der Komfort mit dem erfindungs gemäßen Steuersystem auch bei Schubrückschaltungen, die bei höheren Drehzahlen ausgelöst werden (manuell ausgelöste Schaltungen in der Tipp-Gasse), keine Einschränkung mehr erfährt. Zudem bedeutet eine Schubrückschaltung bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten mit dem erfindungsgemäßen Steuer system auch keinerlei Einschränkung der Fahrsicherheit, da durch eine gleichmäßige Verzögerung des Fahrzeugs auch in Sonderprogrammen, wie z. B. einem Winterfahrprogramm, ein Ausbrechen des Fahrzeugs infolge einer zu starken Verzöge rung der Fahrzeuggeschwindigkeit ausgeschlossen werden kann.

Des weiteren kann mit dem erfindungsgemäßen Steuersy stem für den Antriebsstrang ein Flankenwechsel während der Rückschaltung im Schubbetrieb sicher unterbunden werden, da durch geeignete Befeuerung des Motors sichergestellt werden kann, daß die Motordrehzahl kleiner als eine Turbinendreh zahl eines Wandlers ist und sich der Antriebsstrang somit eindeutig im Schubbetrieb befindet. Dadurch werden sehr kurze Schaltzeiten bei einer Rückschaltung im Schubbetrieb ermöglicht, ohne daß der Schaltkomfort durch die bei einem Flankenwechsel auftretenden Beeinträchtigungen gemindert wird.

In einer sehr vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß zur Befeuerung des Motors während der Rückschaltung im Schubbetrieb ein Soll-Motormoment oder eine Soll-Motordrehzahl in Abhängigkeit eines vorgebbaren Verhältnisses der Motor-Solldrehzahl zur Turbinendrehzahl eines Wandlers eingestellt wird. Unter dem Motormoment wird dabei das innere Motormoment, das sich durch den Gasdruck im Verdichtungs- und Expansionstakt ergibt, abzüglich der Reibung und der Verluste des Ladungswechsels und des zum Betrieb der Nebenaggregate erforderlichen Drehmoments ver standen. Das innere Moment des Motors kann hierbei aus der Vorgabe des tatsächlich vom Motor abzugebenden Motordrehmo mentes mittels der elektronischen Motorsteuerung einge stellt werden.

Die Regelung der Befeuerung des Motors während der Rückschaltung im Schubbetrieb in Abhängigkeit eines vorge gebenen Verhältnisses der Motor-Solldrehzahl zur Turbinen drehzahl des Wandlers erweist sich in vorteilhafter Weise als einfach und zuverlässig.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen und den nach folgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen entnehmbar.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt stark schemati sierte Druck- und Drehzahlverläufe bei einer erfindungsge mäßen geregelten Befeuerung des Motors während einer Rück schaltung im Schubbetrieb.

In der Figur ist mit einer Linie "S" die zeitliche Dauer der Rückschaltung von ihrem Beginn, bei dem die Linie "S" von einem Wert "0" auf einen Wert "1" springt, über eine Zeit t bis zum Ende der Schaltung, bei dem die Linie "S" wieder auf den Wert "0" zurückspringt, dargestellt. Bei der gezeigten Rückschaltung handelt es sich um eine Schal tung von einem dritten Gang in einen zweiten Gang bei einem Stufenautomatgetriebe eines Kraftwagens.

Mit einer Linie "p_kzu" ist der Verlauf des Druckes in einer zuschaltenden Kupplung während der Schaltung wieder gegeben, wobei der Druck p_kzu in einer ersten Phase PH1 der Schaltung zunächst für eine Schnellbefüllung sprungar tig angehoben wird, um nach einem anschließenden sprungar tigen Absinken zur Überwindung der Elastizitäten der Kupp lung wieder angehoben zu werden und anschließend über eine längere Strecke in einer zweiten Phase PH2 der Schaltung zum Schließen der Kupplung rampenartig anzusteigen. Ab Er reichen eines Synchronpunktes zu einer Zeit t_sync wird der Druck in der zuschaltenden Kupplung p_kzu über eine steile re Endrampe in einer dritten Phase PH3 der Schaltung auf einen Druckwert, welcher außerhalb der Schaltung in der Kupplung vorliegt, angehoben.

Wie mit einer Linie "n_t" für die Turbinendrehzahl ei nes als Anfahrelement bei dem Automatgetriebe dienenden Wandlers und einer Linie "n_mot" für die Motordrehzahl dar gestellt, sinken diese in der ersten Phase PH1 der Schaltung ab, wobei das Fahrzeug eine Verzögerung erfährt, wie es auch einer sinkenden Linie "n_ab" für die Abtriebsdreh zahl und einer ebenfalls sinkenden Linie "m_ab" für das Abtriebsmoment zu entnehmen ist.

Mit einer weiteren Linie "1/nue" ist das vorgegebene Soll-Drehzahlverhältnis zwischen der Motor-Solldrehzahl n_mot zur Turbinendrehzahl n_t des Wandlers dargestellt, welches einen reziproken Wert zu dem üblicherweise als Drehzahlkennwert "nue" bezeichneten Quotienten zwischen der Turbinendrehzahl n_t und der Motordrehzahl n_mot darstellt. Das Drehzahlverhältnis 1/nue ist vorgegeben und folgt wäh rend der Schaltung in Abhängigkeit seines Startwertes einer applizierten Sollwertvorgabe.

Wie der Figur zu entnehmen ist, ist in einer ersten mit den durchgezogenen Linien "n_mot", "1/nue", "n_ab" und "m_ab" dargestellten Ausführung das Verhältnis 1/nue der Motor-Solldrehzahl n_mot zur Turbinendrehzahl n_t des Wand lers als ein konstanter Wert vorgegeben, wie auch dem gleichbleibenden Abstand der Linien "n_t" und "n_mot" zu entnehmen ist. Die Soll-Motordrehzahl n_mot wird zu Beginn der Rückschaltung aus einem Schubkennfeld des Wandlers in Abhängigkeit des vorgegebenen Verhältnisses 1/nue der Mo tor-Solldrehzahl n_mot zur Turbinendrehzahl n_t des Wand lers ermittelt. Da die Turbinendrehzahl n_t bei dem hier betreffenden Stufenautomatgetriebe nicht veränderbar ist, wird zur Einhaltung eines gleichbleibenden Drehzahlverhält nisses die Motordrehzahl n_mot in Abhängigkeit des Dreh zahlverhältnisses 1/nue gemäß dem hierfür vorgegebenen kon stanten Wert verändert. Dabei wird der Motor in der zweiten Phase PH2 der Schaltung nunmehr so befeuert, daß seine Be schleunigungsenergie ausreicht, um die zu beschleunigenden rotatorischen Massen auf die Synchrondrehzahl des neuen Ganges zum Synchronpunkt t_sync zu beschleunigen. Die An steuerung hierzu wird derart vorgenommen, daß die elektro nische Getriebesteuerung an die elektronische Motorsteue rung die erforderliche Motordrehzahl n_mot ausgibt, welche von der elektronischen Motorsteuerung auf an sich bekannte Weise aufbereitet wird, um entsprechende Befehle an die Stellglieder des Antriebsmotors weiterzugeben.

Infolge der Einstellung eines konstanten Drehzahlver hältnisses 1/nue der Motor-Solldrehzahl n_mot zur Turbinen drehzahl n_t des Wandlers ergibt sich eine verstärkte Fahr zeugverzögerung entsprechend dem Schubkennfeld des Wand lers, wie den Kurven zum Verlauf der Abtriebsdrehzahl n_ab und des Abtriebsmoments m_ab in der zweiten Phase PH2 der Schaltung zu entnehmen ist. Dabei ist je nach Vorgabe des Wertes für das Drehzahlverhältnis 1/nue eine beliebige ap plikative Verzögerungserhöhung während der Rückschaltung im Schubbetrieb möglich.

In einer zweiten in der Figur mit strichpunktierten Linien "n_mot'", "1/nue'", "n_ab'", "m_ab'" gezeigten Aus führung wird das Drehzahlverhältnis 1/nue von Motor- Solldrehzahl n_mot zur Turbinendrehzahl n_t des Wandlers in der zweiten Phase PH2 der Rückschaltung variiert, wobei der Wert des Drehzahlverhältnisses 1/nue in Abhängigkeit des im Modell abgebildeten Schubkennfeldes des Wandlers errechnet wird. Als Ausgangspunkt für die Regelung zu Beginn der Schaltungsphase PH2 dient der m_ab-Wert, welcher aus dem Schubkennfeld des Wandlers ermittelt wird, um so einen stoßfreien Übergang von der PH1 in die PH2 sicherzustellen. Alternativ kann anstatt der Betrachtung des m_ab-Werts ent sprechend dem Schubkennfeld des Wandlers bei Schaltbeginn auch ein applizierbarer Vorgabewert oder ein rechnerisch ermittelter Vorgabewert (für m_ab = const. oder Gradient m_ab = const) oder auch der 1/nue-Wert als Ausgangspunkt für die Regelung benutzt werden.

Mit einer geeigneten Erhöhung des Drehzahlverhältnis ses 1/nue in der zweiten Phase PH2 der Rückschaltung, was wiederum durch eine entsprechende Änderung der Soll- Motordrehzahl n_mot erreicht wird, deren deutlich stärkerer Anstieg in der Figur mit der Linie "n_mot'" gezeigt ist, kann die Fahrzeugverzögerung annähernd konstant gehalten werden. Dies ist auch den strichlierten Linien "n _ab'" und m_ab'" für die Abtriebsdrehzahl bzw. das Abtriebsmoment zu entnehmen. Auf diese Weise läßt sich eine abtriebsmomenten neutrale Rückschaltung im Schubbetrieb realisieren oder einen frei applizierbaren Verzögerungsverlauf vorgeben.

Bei beiden gezeigten Ausführungen wird als Komfortkri terium weiterhin vorgegeben, daß die Motordrehzahl n_mot stets kleiner als die Turbinendrehzahl n_t ist, da sich damit der Antriebsstrang sicher im Schubbetrieb befindet und auch bei sehr kurzen Schaltzeiten gewährleistet ist, daß kein Flankenwechsel in den Zahnradpaarungen von der Schub- auf die Zugflanke mit entsprechend unangenehmen Be gleitgeräuschen auftritt.

Selbstverständlich kann dies applikativ auch dahinge hend verändert sein, daß die Motordrehzahl n_mot z. B. in einem Sportprogramm auch kurzzeitig am Synchronpunkt die Turbinendrehzahl n_t übersteigen kann, um so nochkürzere Schaltzeiten zu realisieren.

Während das erfindungsgemäße Steuersystem bei den be schriebenen Ausführungen über eine Vorgabe der Soll- Motordrehzahl n_mot von der elektronischen Getriebesteue rung an die elektronische Motorsteuerung realisiert ist, kann hiervon abweichend selbstverständlich auch vorgesehen sein, daß der elektronischen Motorsteuerung ein Soll- Motormoment m_mot vorgegeben wird, wobei hier lediglich ein zusätzlicher Rechenschritt erforderlich ist, um die Soll- Motordrehzahl n_mot einzustellen. Beide Vorgabearten können aus dem Wandlerkennfeld berechnet und entsprechend aufbe reitet an die elektronische Motorsteuerung gesendet werden.

Bezugszeichen

m_ab, m_ab' Abtriebsmoment
m_mot Motormoment
n_ab, n_ab' Abtriebsdrehzahl
n_mot, n_mot' Soll-Motordrehzahl
n_t, n_t' Turbinendrehzahl
nue Drehzahlverhältnis der Turbinendrehzahl zur Motordrehzahl
1/nue, 1/nue' geregeltes Soll-Drehzahlverhältnis während Rückschaltung im Schubbetrieb
PH1 erste Phase der Rückschaltung
PH2 zweite Phase der Rückschaltung
PH3 dritte Phase der Rückschaltung
p_kzu Druck in der zuschaltenden Kupplung
S Kennlinie für Schaltung aktiv/inaktiv
t Zeit
t_sync Synchronzeitpunkt

Claims

1. Steuersystem für einen Antriebsstrang eines Kraft fahrzeuges mit einer elektronischen Getriebesteuerung für ein Automatgetriebe und einer damit verbundenen elektroni schen Motorsteuerung für einen Antriebsmotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor bei Rück schaltungen im Schubbetrieb zur Einstellung eines appli zierbaren Verlaufs der Fahrzeugverzögerung geregelt befeu ert wird.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß zur Befeuerung des Motors während der Rückschaltung im Schubbetrieb ein Soll- Motormoment (m_mot) oder eine Soll-Motordrehhzahl (n_mot) in Abhängigkeit eines vorgebbaren Verhältnisses (1/nue) der Motor-Solldrehzahl (n_mot) zur Turbinendrehzahl (n_t) eines Wandlers eingestellt wird.

3. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß bei Beginn der Rückschal tung im Schubbetrieb das Soll-Motormoment (m_mot) oder die Soll-Motordrehzahl (n_mot) aus einem Schubkennfeld des Wandlers in Abhängigkeit des vorgebbaren Verhältnisses (1/nue) der Motor-Solldrehzahl (n_mot) zur Turbinendrehzahl (n_t) des Wandlers ermittelt wird.

4. Steuersystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis (1/nue) der Motor-Solldrehzahl (n_mot) zur Turbinendrehzahl (n_t) des Wandlers während der Rückschaltung im Schubbetrieb in Abhängigkeit seines Startwertes einer applizierten Soll wertvorgabe folgt.

5. Steuersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß das einzustel lende Soll-Motormoment (m_mot) oder die einzustellende Soll-Motordrehzahl (n_mot) von der elektronischen Getriebe steuerung an die elektronische Motorsteuerung ausgegeben wird.

6. Steuersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß zur Einstellung einer Erhöhung der Fahrzeugverzögerung während der Rück schaltung im Schubbetrieb für das Verhältnis (1/nue) der Motor-Solldrehzahl (n_mot) zur Turbinendrehzahl (n_t) des Wandlers ein konstanter Wert ausgegeben wird.

7. Steuersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß zur Einstellung eines konstanten Abtriebsmomentes (m_ab) oder eines kon stanten Abtriebsmomentengradienten während der Rückschal tung im Schubbetrieb für das Verhältnis (1/nue) der Motor- Solldrehzahl (n_mot) zur Turbinendrehzahl (n_t) des Wand lers ein Wert, welcher in Abhängigkeit des im Modell abge bildeten Schubkennfeldes des Wandlers errechnet wird, aus gegeben wird.

8. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da durch gekennzeichnet, daß zur Realisie rung eines Komfortbetriebs die Soll-Motordrehzahl (n_mot) derart vorgegeben wird, daß ihr Wert kleiner als der der Turbinendrehzahl (n_t) ist.