DE19963746A1

DE19963746A1 - Verfahren zur koordinierten Steuerung eines Fahrzeugmotors und einer Servokupplung während einer Momentenreduktion im Zuge eines Gangwechsels

Info

Publication number: DE19963746A1
Application number: DE19963746A
Authority: DE
Inventors: Juergen Loeffler; Martin-Peter Bolz; Holger Huelser
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 1999-12-30
Publication date: 2001-07-12
Also published as: BR0006316A; ITMI20002744A1; FR2803254A1; IT1319578B1; KR20010062837A; FR2803254B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur koordinierten Steuerung der im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges angeordneten Komponenten Fahrzeugmotor mit elektronischer Motorleistungssteuerung und Servokupplung mit elektronischer Kupplungssteuerung während einer Momentenreduktion im Zuge eines Gangwechsels in einem Getriebe des Antriebsstrangs, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Triebstrangsteuerung (14) DOLLAR A (a) der Servokupplung (12) ein Soll-Verlauf für ein Kupplungsausgangsmoment (md¶ka,soll¶(t)) vorgegeben und DOLLAR A (b) ein Soll-Verlauf für ein Motorausgangsmoment (md¶ma,soll¶(t)) entsprechend dem Soll-Verlauf des Kupplungsausgangsmomentes (md¶ka,soll¶(t)) festgelegt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur koordinier ten Steuerung der im Antriebsstrang eines Kraftfahr zeuges angeordneten Komponenten Fahrzeugmotor mit elektronischer Motorleistungssteuerung und Servokupp lung mit elektronischer Kupplungssteuerung während einer Momentenreduktion im Zuge eines Gangwechsels in einem Getriebe des Antriebsstranges.

Stand der Technik

Im Zuge fortschreitender Automatisierung der im An triebsstrang von Kraftfahrzeugen angeordneten Kompo nenten ist es notwendig, diese koordiniert in be stimmten Betriebssituationen zu steuern. Weist das Kraftfahrzeug beispielsweise ein automatisiertes Schaltgetriebe (ASG) auf, so müssen sowohl Fahrzeug motor als auch Kupplung zur Einstellung eines neuen Übersetzungsverhältnisses entsprechend geregelt wer den. Eine derartige Schaltung läßt sich in insgesamt drei Phasen gliedern, nämlich einer Momentenreduk tion, einem Gangwechsel und einem Momentenaufbau. In der Praxis bereitet insbesondere die Momentenreduk tion erhebliche Probleme. So führt ein zu schnelles Öffnen der Kupplung zu einer unerwünschten Erhöhung einer Motordrehzahl, während ein zu langsames Öffnen der Kupplung eine Schaltzeit unnötig verlängert. Der artige Fehlsteuerungen können beim Stand der Technik nicht unmittelbar kompensiert werden, sondern es kann bestenfalls mit einer gewissen Verzögerung in den Schaltablauf eingegriffen werden. Üblicherweise er folgt die Kontrolle des Schaltablaufes im wesentli chen durch die Kupplungssteuerung, die dabei Signale mit einer Getriebesteuerung und der Motorleistungs steuerung austauscht. Eine Beeinflussung des Motormo mentes erfolgt demnach über die Kupplungssteuerung durch einen entsprechenden Motoreingriff.

Vorteile der Erfindung

Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur koordinier ten Steuerung des Fahrzeugmotors und der Servokupp lung mittels einer Triebstrangsteuerung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen kann die prinzipbe dingte Trägheit der Steuerung während der Momenten reduktion innerhalb des Gangwechsels überwunden wer den. Dabei wird zunächst der Servokupplung ein Soll- Verlauf für ein Kupplungsausgangsmoment vorgegeben. Anschließend wird ein Soll-Verlauf für ein Motoraus gangsmoment entsprechend dem Soll-Verlauf des Kupp lungsausgangsmomentes festgelegt. Durch die Vorgabe der Soll-Verläufe kann die für den Gangwechsel erfor derliche Momentenreduktion sowohl schnell als auch komfortabel erfolgen.

Der Soll-Verlauf des Kupplungsausgangsmomentes für die Phase des Momentenabbaus kann dabei vorzugsweise in Abhängigkeit von ausgewählten Betriebsparametern, wie beispielsweise einer Schalt-ID, einer Fahrsitua tion, einem Fahrertyp oder einer Schaltsituation, be stimmt werden. Von den gleichen Betriebsparametern kann ebenso auch eine Dauer der Phase der Momenten reduktion festgelegt werden. Es hat sich insgesamt als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Verlauf des Kupplungsausgangsmomentes als hyperbolische Tan gensfunktion realisiert wird.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sind der Verlauf des Motor- und des Kupplungsausgangsmomentes angegli chen. Es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, ein Übertragungsverhalten zwischen einem Soll-Motor ausgangsmoment und einem tatsächlichen Motorausgangs moment zu berücksichtigen. Dazu wird in der Trieb strangsteuerung ein Motormodell implementiert, das als Ausgangsgröße ein geschätztes Motorausgangsmoment liefert. Dieses Moment ist dann Eingangsgröße für die Kupplungssteuerung.

Für die Bestimmung des Soll-Motorausgangsmomentes kann ferner vorteilhaft vorgesehen sein, daß zusätz liche Betriebsparameter, wie beispielsweise die Schalt-ID, die Fahrsituation, der Fahrertyp und die Schaltsituation, mit berücksichtigt werden. Ein sol ches Vorgehen kann beispielsweise durch Vorgabe einer entsprechenden Kennlinie verwirklicht werden.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung er geben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs beispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher er läutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Verlauf eines Soll-Kupplungsausgangs momentes in einer Prinzipskizze;

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung einer Triebstrang steuerung zur Bestimmung von Sollgrößen für einen Fahrzeugmotor und eine Fahrzeugkupp lung und

Fig. 3 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm zur Be stimmung eines Soll-Motorausgangsmomentes.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Fig. 2 sind die im wesentlichen notwendigen Komponenten zur Steuerung eines Fahrzeugmotors 10 und einer Servokupplung 12 mittels einer Triebstrang steuerung 14 dargestellt. Der Fahrzeugmotor 10 und die Servokupplung 12 sind im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges angeordnet und weisen eine elektroni sche Motorleistungssteuerung Motor-SG beziehungsweise eine elektronische Kupplungssteuerung Kupplung-SG auf, denen über die Triebstrangsteuerung 14 entspre chende Sollgrößen vorgegeben werden. Eine derartige Steuerung der Komponenten 10, 12 erfolgt erfindungs gemäß in einer bestimmten Phase, nämlich der Momen tenreduktion eines Gangwechsels bei einem automati sierten Getriebe.

Die Phase der Momentenreduktion (erste Phase) ist wie folgt gekennzeichnet:
Ein Anfang (Zeitpunkt t_a) wird durch eine Anforderung eines neuen Ganges, beispielsweise über einen geeig neten Algorithmus zur Gangauswahl, eingeleitet. Die Bestimmung einer Wechselnotwendigkeit ist bekannt und soll daher in diesem Zusammenhang nicht näher erläu tert werden.

Während der Phase der Momentenreduktion ist die Kupp lung 12 zu öffnen und ein Motormoment md_ma geeignet vorzugeben. Das Ende der Phase des Schaltvorganges ist dadurch gekennzeichnet, daß von der Kupplung 12 kein Drehmoment mehr übertragen wird. Die Größe eines Kupplungsausgangsmomentes md_ka beträgt dann 0 Nm. Wird am Ende der ersten Phase der Schaltvorgang zum Zeitpunkt t_e erreicht, so gilt als erste Bedingung:

md_ka(t_e) = 0 Nm. (I)

Diese Bedingung muß erfüllt werden, damit ein alter Gang des Getriebes mit geringer Kraft ausgerückt wer den kann.

Weiterhin soll die Kupplung am Ende der ersten Phase des ersten Schaltvorganges soweit geöffnet sein, daß diese kein Moment mehr übertragen kann. Das heißt, das von der Kupplung 12 maximal übertragbare Moment md_k,max soll ebenfalls 0 Nm betragen. Das Moment md_k,max wird durch die Ansteuerung eines Kupplungs aktuators eingestellt, wobei das von der Kupplung 12 tatsächlich übertragende Moment md_ka kleiner oder gleich dem maximal übertragbaren Moment md_k,max ist. Damit gilt als zweite Bedingung:

md_k,max(t_e) = 0 Nm. (II)

Diese Bedingung bedeutet, daß zwischen einer Kupp lungseingangswelle und einer Kupplungsausgangswelle kein Kraftschluß besteht. Dadurch ist das Getriebe in der Lage, eine Drehzahl der Kupplungsausgangswelle auf eine Synchrondrehzahl des neuen Ganges anzupas sen.

Beginnend von dem Zeitpunkt t_a wird der Motor 10 in noch näher zu erläuternder Weise angesteuert. Ab ei nem Zeitpunkt t_b ≧ t_a wird die Kupplung 12 so ange steuert, daß das Moment mdk max verringert wird, und das Zeitintervall t_b ≦ t ≦ t_e wird als "Auskuppeln" bezeichnet.

Insbesondere im Falle einer Zug-Hochschaltung ergibt sich sinnvollerweise eine weitere Bedingung für die Ansteuerung von Motor 10 und Kupplung 12 während des Auskuppelns. Demnach sollte eine Kupplungseingangs drehzahl n_ke stets gleich einer Kupplungsausgangs drehzahl n_ka sein. In diesem Fall gilt als dritte Be dingung:

n_ke(t) = n_ka(t), t ≦ t ≦ t_e. (III)

Bei einer Hochschaltung ist die dem neuen Gang ent sprechende Motordrehzahl kleiner als die aktuelle Mo tordrehzahl. Eine Erhöhung der Kupplungseingangsdreh zahl n_ke, die gleich der Motordrehzahl ist, während des Auskuppelns ist daher nicht sinnvoll und wird vom Fahrer als störend empfunden. Andererseits darf die Kupplungseingangsdrehzahl n_ke während des Auskuppelns nicht kleiner als die Kupplungsausgangsdrehzahl n_ka werden, da bei dem dann auftretenden Schlupf kein po sitives Kupplungsausgangsmoment mehr übertragen wer den kann.

Während der Momentenreduktion wird ein Soll-Verlauf für ein Kupplungsausgangsmoment md_ka im Zeitintervall t_a, t_e festgelegt. Ein exemplarischer Verlauf des Mo mentes md_ka,soll(t) ist der Fig. 1 zu entnehmen. Wie bereits erläutert, wird beginnend von dem Zeitpunkt t_a dem Motor 10 durch die Triebstrangsteuerung 14 ein Moment md_ma,soll und der Kupplung 12 ein Soll-Aus gangsmoment md_k,soll zur Steuerung des Auskuppelns vorgegeben. Der Soll-Verlauf des Kupplungsausgangsmo mentes md_ka,soll(t) kann durch eine Funktion F(τ) ge mäß der Rechenvorschrift

md_ka,soll(t) = md_red,start.F(τ) (V)

vorgegeben werden. Dabei bestimmt sich τ nach

mit

t_red = t_e - t_b, (VII)

wobei t_red für die Dauer des Auskuppelns steht, wäh rend das Moment md_red,start ein Kupplungsausgangs moment zu Beginn des Auskuppelns ist. Am Ende des Auskuppelvorganges - also zum Zeitpunkt t_e - ist τ = 0. Bei einer festen Übersetzung und einem gegebe nen Fahrwiderstand ist eine Fahrzeugbeschleunigung proportional zum übertragenen Kupplungsausgangsmoment mdka. Da während der Dauer t_red des Auskuppelns der Fahrwiderstand als nahezu konstant angenommen werden kann, bestimmt der Verlauf des Kupplungsausgangsmo mentes md_ka den Verlauf der Fahrzeugbeschleunigung beim Auskuppeln.

Vorteilhafterweise lassen sich sowohl die Funktion F(τ) als auch die Dauer t_red des Auskuppelns in Ab hängigkeit von vorgebbaren Parametern gestalten. In Frage kommen dabei beispielsweise eine Schalt-ID, die eine Bewertungsgröße für eine Übersetzungsänderung des Getriebes beim Übergang zwischen bestimmten Über setzungsstufen angibt, oder eine Fahrsituation, mit der beispielsweise bestimmte Betriebsarten, wie eine Bergfahrt oder ein Stop, berücksichtigt werden können. Ferner ist denkbar, einen Fahrertyp hinsichtlich einer beispielsweise bevorzugten sport lichen oder ökonomischen Fahrweise oder auch eine Schaltsituation (beispielsweise Tip, Gangauswahl aus Schaltkennlinie) zur Festlegung der Funktion F(τ) und/oder der Dauer t_red heranzuziehen.

Die Funktion F(τ) kann insbesondere - wie hier darge stellt - als hyperbolische Tangensfunktion gemäß der Rechenvorschrift

realisiert werden. Dabei stellen α und β frei appli zierbare Formparameter dar, die eine individuelle An passung an das Antriebssystem erlauben.

Aus der Prinzipdarstellung gemäß Fig. 2 wird deut lich, daß für die koordinierte Steuerung des Motors 10 und der Kupplung 12 das Soll-Motorausgangsmoment md_ma,soll ermittelt werden muß. Dies geschieht in noch näher zu erläuternder Weise in einem Rechenblock 16. Das Moment md_ma findet dann einerseits Eingang in einem Motormodell 18 und andererseits dient es als Eingangsgröße für die Motorleistungssteuerung Motor- SG.

Das Motormodell 18 liefert ein geschätztes Motoraus gangsmoment md_ma,est, welches eine Eingangsgröße für die Kupplungssteuerung Kupplung-SG darstellt:

md_k,soll = md_ma,est. (X)

Das geschätzte Motorausgangsmoment md_ma,est wird vor teilhafterweise mittels des Motormodells 18 unter Be rücksichtigung einer Totzeit T_t und einer Übertra gungsfunktion ϕ in Echtzeit ermittelt. Die Kupplung 12 ist stets so eingestellt, daß diese maximal das Moment md_k,soll übertragen kann. Das tatsächliche Kupplungsausgangsmoment md_ka ist somit md_ma höchstens jedoch md_k,soll.

Die Bestimmung des Soll-Motorausgangsmomentes md_ma,soll im Rechenblock 16 kann wie folgt durchge führt werden:
Wie bereits erläutert, wird für die Phase der Momen tenreduktion - also im Zeitintervall t_a, t_e - der Verlauf des Soll-Motorausgangsmoment mdma soll(t) so vorgegeben, daß der Verlauf des Motorausgangsmoments md_ma(t) dem Soll-Verlauf des Kupplungsausgangsmomen tes md_ka,soll(t) entspricht. Es gilt daher der Zusam menhang:

md_ma(t) = md_ka,soll(t). (XI)

Zur Berücksichtigung des Übertragungsverhaltens - mit dem dynamisch das geforderte Motorausgangsmoment vom Motor 10 eingestellt wird - werden die Übertragungs funktionen ϕ und die Totzeit T_t gemäß folgender Re chenvorschrift eingeführt:

md_ma(t) = ϕ{md_ma,soll(t - T_t)}. (XII)

Mit Hilfe der Gleichungen (XI) und (XII) kann eine Vorgabe für das Motorausgangsmoment gemäß

ϕ{md_ma,soll(t - T_t)} = md_ka,soll(t) (XIII)

bestimmt werden. Damit ergibt sich nach Inversion der Übertragungsfunktion ϕ:

md_ma,soll(t - T_t) = ϕ^-1 {md_ka,soll(t)}. (XIV)

Aus einem gegebenen Soll-Verläuffür das Kupplungs ausgangsmoment md_ka,soll(t) kann so unter Kenntnis des Übertragungsverhaltens des Motors 10 ein Verlauf für das Soll-Motorausgangsmoment md_ma,soll(t) be stimmt werden, das den obengenannten Bedingungen wäh rend der Phase der Momentenreduktion genüge tut. Es wird also für einen gegebenen Verlauf md_ka,soll(t) ein Soll-Verlauf für md_ma,soll(t) generiert.

Eine Normierung des Soll-Verlaufes für das Moment md_ma,soll erfolgt gemäß der Kennlinie KLi_md,ma (siehe Fig. 3). Eingangsgröße dieser Kennlinie ist eine seit Beginn der ersten Phase des Schaltablaufes ver strichene Zeit t'.

t' = t - t_a (XV)

Mit der entsprechenden Ansteuerung des Motors 10 wird zum Zeitpunkt

t_a = t_b - T (XVI)

begonnen. Die Bestimmung des Soll-Motorausgangsmomen tes md_ma,soll erfolgt mittels der Vorschrift:

md_ma,soll = KLi_md,ma(t').md_red,start. (XVII)

Wiederum kann die Kennlinie KLi_md,ma abhängig gemacht werden von bestimmten Betriebsparametern, wie der Schalt-ID, der Fahrsituation, dem Fahrertyp und der Schaltsituation.

Claims

1. Verfahren zur koordinierten Steuerung der im An triebsstrang eines Kraftfahrzeuges angeordneten Kom ponenten Fahrzeugmotor mit elektronischer Motorlei stungssteuerung und Servokupplung mit elektronischer Kupplungssteuerung während einer Momentenreduktion im Zuge eines Gangwechsels in einem Getriebe des An triebsstrangs, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Triebstrangsteuerung (14)

a) der Servokupplung (12) ein Soll-Verlauf für ein Kupplungsausgangsmoment (md_ka,soll(t)) vorgege ben und
b) ein Soll-Verlauf für ein Motorausgangsmoment (md_ma,soll(t)) entsprechend dem Soll-Verlauf des Kupplungsausgangsmomentes (md_ka,soll(t)) festgelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Soll-Verlauf des Kupplungsausgangsmomentes (md_ka,soll(t)) für die Phase der Momentenreduktion in Abhängigkeit von ausgewählten Betriebsparametern, wie beispielsweise einer Schalt-ID, einer Fahrsituation, einem Fahrertyp oder einer Schaltsituation, bestimmt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dauer (t_red) der Phase der Momentenreduktion in Abhängigkeit von aus gewählten Betriebsparametern, wie beispielsweise der Schalt-ID, der Fahrsituation, dem Fahrertyp oder der Schaltsituation, festgelegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf des Kupplungsausgangsmomentes (md_ka,soll(t)) als hyperbolische Tangensfunktion rea lisiert wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Übertragungsverhalten zwischen einem Soll-Motorausgangsmoment (md_ma,soll) und einem tatsächlichen Motorausgangsmoment (md_ma) dadurch berücksichtigt wird, daß in der Triebstrang steuerung (14) ein Motormodell (18) implementiert wird, das als Ausgangsgröße ein geschätztes Motoraus gangsmoment (md_ma,est) liefert.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das geschätzte Motorausgangsmoment (md_ma,est) eine Eingangsgröße für eine Kupplungssteuerung (Kupp lung-SG) ist.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Soll-Motorausgangsmoment (md_ma,soll) in Abhängigkeit von Betriebsparametern, wie der Fahrsituation, dem Fahrertyp, der Schalt-ID und der Schaltsituation, be stimmt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des Soll-Motorausgangsmomentes (md_ma,soll) aus einer Kennlinie (KL_md,ma(t')) er folgt, deren Eingangsgröße eine seit Beginn der Mo mentenreduktion verstrichene Zeit (t') ist.