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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeuges, wobei ein Sollmoment zum Antrieb der Antriebseinheit in Abhängigkeit eines Fahrerwunschmomentes bestimmt wird und wobei zur Bestimmung des Sollmomentes ein Leerlaufreglermoment in das Fahrerwunschmoment eingerechnet wird und ein Fahrbarkeitsfilter zur Momentenglättung angewendet wird.
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Bei Kraftfahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor wird eine sogenannte Leerlaufregelung eingesetzt. Diese Leerlaufregelung hat die Aufgabe, bei fehlendem oder zu geringem Drehmomentenwunsch des Fahrers, d. h. bei nicht betätigtem Fahrpedal, den Verbrennungsmotor auf einer sogenannten Leerlaufdrehzahl zu halten. Diese Leerlaufregelung wird durch einen Leerlaufregler ausgeführt, welcher in einem Steuergerät des Fahrzeugmotors angeordnet ist. Darüber hinaus enthält das Steuergerät einen Fahrbarkeitsfilter. Dieses Filter hat eine drehmomentbeeinflussende Funktion und filtert den Fahrerwunsch dahingehend, um Lastschläge auf die Antriebswelle des Fahrzeuges, besonders die Abgabe eines Nullmomentes durch die Kupplung, im Fahrzeug zu vermeiden.
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Im Leerlauf führen die Funktionsweise des Leerlaufreglers und des Fahrbarkeitsfilters zu einem Widerspruch, da der Leerlaufregler das Leerlaufreglermoment schnell aufbauen will. Wird dies durchgeführt, kommt es zu Lastschlägen auf die Antriebswelle des Fahrzeuges, was zu Einschränkungen des Fahrkomforts führt.
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Um eine optimale Filterung und Bestimmung des Null-Momentenniveaus der Kupplung zu erreichen, wäre es optimal, das gesamte Leerlaufreglermoment vor dem Fahrbarkeitsfilter auf den Momentenpfad zu addieren. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die Leerlaufregelung verschlechtert wird, da der Fahrbarkeitsfilter eine Phasenverschiebung im Regelkreis verursacht.
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Aus der
DE 10 2007 013 253 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Antriebseinheit bekannt. Dabei stellt ein erster Anteil des von einem Drehzahlregler vorgegebenen zweiten Sollwertes für die Ausgangsgröße einen stationären Anteil des vom Drehzahlregler vorgegebenen zweiten Sollwertes für die Ausgangsgröße dar. Aufgrund der Berücksichtigung des stationären Anteiles bei der Bildung des ersten Sollwertes wird der stationäre Anteil auch bei der Filterung für die Lastschlagdämpfung berücksichtigt. Somit lässt sich die Funktion der Lastschlagdämpfung bei aktiviertem Drehzahlregler präziser durchführen. Allerdings trägt dieses Verfahren nicht dazu bei, bei dynamischen Leerlaufreglereingriffen den oben beschriebenen Konflikt zu verhindern.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeuges, wobei ein Sollmoment zum Antrieb der Antriebseinheit in Abhängigkeit eines Fahrerwunschmomentes bestimmt wird, und wobei zur Bestimmung des Sollmomentes ein Leerlaufreglermoment in das Fahrerwunschmoment eingerechnet wird und ein Fahrbarkeitsfilter zur Momentenglättung angewendet wird. Um die Qualität der Drehzahlregelung im Leerlauf zu erhalten und gleichzeitig eine Einbuße an Fahrkomfort zu verhindern, sind Mittel vorhanden, welche in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrsituation des Kraftfahrzeuges das Fahrbarkeitsfilter vor oder nach der Einrechnung des Leerlaufreglermoments in das Fahrerwunschmoment anwenden. Dadurch wird gewährleistet, dass sich die widersprüchlichen Anforderungen zwischen Fahrbarkeitsfilter, welcher das Drehmoment so zu formen sucht, dass sich eine ruckfreie Beschleunigung des Fahrzeuges ergibt und dem Leerlaufregler, welcher die Leerlaufdrehzahl einzuhalten hat, unter Ausgabe eines geeigneten Drehmomentes, auflösen. Dieses Vorgehen macht es möglich, dass je nach Fahrsituation des Kraftfahrzeuges entweder der Leerlaufregler oder das Fahrbarkeitsfilter stärker berücksichtigt wird.
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Vorteilhafterweise ist eine Einrechnungsstelle zur Einrechnung des Leerlaufreglermomentes in den, den Fahrbarkeitsfilter enthaltenden Momentenpfad vor dem Fahrbarkeitsfilter positioniert. Dabei wird die Einhaltung einer optimalen Lastschlagdämpfung stärker berücksichtigt als das vom Leerlaufregler vorgegebene Leerlaufreglermoment.
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Alternativ ist die Einrechnungsstelle zur Einrechnung des Leerlaufreglermomentes in dem, den Fahrbarkeitsfilter enthaltenden Momentenpfad hinter dem Fahrbarkeitsfilter positioniert. Somit wird das vom Leerlaufregler vorgegebene Leerlaufreglermoment stärker berücksichtigt und eine optimale Leerlaufregelung durchgeführt.
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In einer Weiterbildung sind eine erste Einrechnungsstelle vor dem Fahrbarkeitsfilter und eine zweite Einrechnungsstelle nach dem Fahrbarkeitsfilter angeordnet, an denen das vom Leerlaufregler vorgegebene Leerlaufreglermoment eingerechnet werden kann. Darüberhinaus ist ein Schaltelement vorgesehen. Durch Umschalten des Schaltelementes lassen sich die Einrechnungsstellen, an denen das vom Leerlaufregler vorgegebene Leerlaufreglermoment eingerechnet wird, vor oder nach dem Fahrbarkeitsfilter sehr schnell aktivieren. Dies hat zur Folge, dass eine hohe Dynamik bei den Leerlaufreglereingriffen gewährleistet wird.
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Die Vorrichtung zum Betreiben einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeuges weist den Vorteil auf, dass die Qualität der Drehzahlregelung erhalten wird und gleichzeitig die Fahrbarkeit des Fahrzeuges komfortabel gestaltet wird. Dadurch, dass in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrsituation des Kraftfahrzeuges das Fahrbarkeitsfilter vor oder nach der Einrechnung des Leerlaufreglermomentes in das Fahrerwunschmoment angewendet wird, wird sichergestellt, dass entweder das Fahrbarkeitsfilter oder der Leerlaufregler beim Betrieb der Antriebseinheit stärker berücksichtigt werden. Der Fahrbarkeitsfilter erfüllt dabei die Aufgabe, das Drehmoment so zu formen, bzw. dessen Verlauf zu glätten, so dass sich eine ruckfreie Beschleunigung des Fahrzeuges ergibt, wenn von der Leerlaufregelung auf die durch den Fahrer gesteuerte Regelung umgestellt wird, was durch eine Betätigung des Fahrpedales durch den Fahrer erfolgt. Der Leerlaufregler erfüllt die Aufgabe, die Drehzahl im Leerlauf unter Ausgabe eines geeigneten Drehmomentes einzuhalten. Die wechselweise stärkere Berücksichtigung von Leerlaufregler oder Fahrbarkeitsfilter führt zu einer Verbesserung des Fahrverhaltens des Kraftfahrzeuges, insbesondere bei dynamischen Leerlaufreglereingriffen. Die Fahrsituation kann dabei durch an sich im Kraftfahrzeug enthaltene Sensoren geprüft und an das Steuergerät ausgegeben werden, welches in Abhängigkeit von den erhaltenen Sensordaten die wechselweise Anwendung des Fahrbarkeitsfilters vor oder nach der Einrechnung des Leerlaufreglermomentes in das Fahrerwunschmoment ausführt.
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Vorteilhafterweise erfolgt die Einrechnung des Leerlaufreglermomentes in unterschiedliche Fahrmomente, die in einem, den Fahrbarkeitsfilter enthaltenden Momentenpfad auftreten. Je nachdem, wo das Leerlaufreglermoment in dem Momentenpfad eingerechnet, insbesondere dazu addiert, wird, ergibt sich ein unterschiedlich starke Berücksichtigung des Ausgangsignals des Leerlaufreglers bzw. des Fahrbarkeitsfilter. Dadurch lässt sich die Leerlaufregelung mit ihren Eingriffen besonders dynamisch gestalten.
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In einer Weiterbildung wird das Fahrerwunschmoment als Fahrtmoment genutzt, wobei das Leerlaufreglermoment in das Fahrerwunschmoment eingerechnet wird, wobei ein eingerechnetes Moment auf das Fahrbarkeitsfilter geführt wird, welches das Sollmoment zum Antrieb der Antriebseinheit ausgibt. In dieser Ausführung wird das Fahrbarkeitsfilter stärker berücksichtigt und gewährleistet immer eine optimale Fahrbarkeit gegenüber der Leerlaufregelung.
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In einer Weiterbildung wird das durch den Fahrbarkeitsfilter geglättete Fahrerwunschmoment als Fahrtmoment genutzt, wobei das Leerlaufreglermoment in das vom Fahrbarkeitsfilter ausgegebene, geglättete Fahrerwunschmoment eingerechnet wird, wobei das errechnete Moment das Sollmoment zum Antrieb der Antriebseinheit darstellt. In diesem Fall wird das Leerlaufreglermoment erst nach dem Fahrbarkeitsfilter eingerechnet, insbesondere hinzuaddiert, wodurch die Regelung des Leerlaufes stärker berücksichtigt wird. Auftretende Lastschläge, insbesondere beim Ablösen des Leerlaufreglers durch den Fahrer mittels des Fahrpedals, werden dabei in Kauf genommen.
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Vorteilhafterweise erfolgt die Anwendung des Fahrbarkeitsfilters in Abhängigkeit des aktuellen Fahrerwunsches. Wenn der Fahrer beim Betätigen des Gaspedales ein hohes Drehmoment anfordert, welches das von dem Leerlaufregler ausgegebene Moment übersteigt, dann wird in diesem Fall der Fahrbarkeitsfilter stärker berücksichtigt und die Einrechnung des Leerlaufreglermomentes erfolgt vor dem Fahrbarkeitsfilter. Wird das Gaspedal vom Fahrer nicht betätigt, wird die Leerlaufregelung stärker berücksichtigt, indem die Einrechnung nach dem Fahrbarkeitsfilter erfolgt.
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Alternativ erfolgt die Anwendung des Fahrbarkeitsfilters in Abhängigkeit der aktuellen Drehzahl der Antriebseinheit. Ist die Drehzahl der Antriebseinheit höher als die Leerlaufdrehzahl, dann wird der Fahrbarkeitsfilter stärker berücksichtigt, indem die Einrechnung des Leerlaufreglermomentes vor dem Fahrbarkeitsfilter erfolgt. Unterschreitet die Drehzahl der Antriebseinheit die Leerlaufdrehzahl, so wird wiederum der Leerlaufregler stärker berücksichtigt, indem die Einrechnung nach dem Fahrbarkeitsfilter erfolgt.
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Ferner erfolgt die Anwendung des Fahrbarkeitsfilters in Abhängigkeit von dem aktuellen Leerlaufreglermoment. Dabei wird geprüft, ob der Leerlaufregler ein Minimalmoment ausgibt. Ist dies der Fall, wird der Leerlaufregler stärker berücksichtigt.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsbeispiele zu. Eines davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
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Es zeigt:
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1: Prinzipaufbau einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeuges
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2: Erste Variante zur Einrechnung des Leerlaufreglermomentes in einen Momentenpfad
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3: Zweite Variante zur Einrechnung des Leerlaufreglermomentes in einen Momentenpfad
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4: Momentenpfad nach 2 und 3 mit einem Schaltelement
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5: Schematisches Ablaufdiagramm für ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens
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Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist eine Antriebseinheit 20 eines Kraftfahrzeuges in einer Prinzipdarstellung dargestellt. Die Antriebseinheit 20 umfasst einen Verbrennungsmotor 21, der über eine Antriebswelle 22 mit einem Getriebe 23 verbunden ist. Das Getriebe 23 führt auf ein Differenzial 24, welches auf einer Fahrzeugachse 25 angeordnet ist. An der Fahrzeugachse 25 sind zwei Antriebsräder 26 und 27 positioniert. Der Verbrennungsmotor 21 wird von einem Motorsteuergerät 28 angesteuert. Das Motorsteuergerät 28 umfasst dabei u. a. einen Leerlaufregler 29 sowie ein Fahrbarkeitsfilter 30. An das Motorsteuergerät 28 führen zahlreiche Sensoren, von welchen lediglich ein Fahrpedalgeber 31 und ein Motordrehzahlgeber 32 dargestellt sind.
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Der Leerlaufregler 29 stellt die Einregelung einer Drehzahl der Antriebseinheit 20 im Leerlaufzustand dar, also in dem Zustand, in welchem vom Fahrer kein Fahrerwunsch vorliegt und dieser das Fahrpedal nicht betätigt. Der Fahrbarkeitsfilter 30 filtert den Fahrerwunsch, wenn dieser das Fahrpedal betätigt, wobei die Betätigung des Fahrpedals dem Motorsteuergerät 29 über den Fahrpedalgeber 31 angezeigt wird. Die Filterung des Fahrerwunsches ist notwendig, um Lastschläge, welche auftreten, wenn von der Leerlaufregelung des Kraftfahrzeuges zu der fahrerwunschabhängigen Drehzahl des Verbrennungsmotors 21 übergegangen wird, zu mindern. Diese Lastschläge treten insbesondere dann auf, wenn die Kupplung einrastet. Um den Nachteil einer festen Einstellung der Leerlaufregelung oder des Fahrpedalfilters 30 zueinander zu umgehen und situationsspezifisch die eine oder andere Komponente stärker zu berücksichtigen, bestehen zwei Möglichkeiten der Einrechnung des Leerlaufreglermomentes in einen Momentenpfad 1.
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In 2 ist eine erste Variante zur Einrechnung des Leerlaufreglermomentes in den Momentenpfad 1 dargestellt. Dabei wird ein Fahrerwunschmoment 2 auf eine Einrechnungsstelle 4 geleitet, an welcher ebenfalls das Leerlaufreglermoment 5 anliegt. Fahrerwunschmoment 2 und Leerlaufreglermoment 5 werden in der Einrechnungsstelle 4 eingerechnet, insbesondere addiert, und das so errechnete Moment 11 auf den Fahrbarkeitsfilter 3 geführt. Der Fahrbarkeitsfilter 3 filtert das Ergebnis, insbesondere die Summe, aus Fahrerwunschmoment 2 und Leerlaufreglermoment 5 und gibt als Ergebnis ein Sollmoment 6 aus, welches zur Ansteuerung des Verbrennungsmotors 21 genutzt wird. Bei dieser Variante wird immer einer optimalen Fahrbarkeit der Vorzug gegenüber der sich allgemein verschlechternden Leerlaufregelung gegeben.
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Im Gegensatz zu 2 ist in 3 ein Momentenpfad 1 aufgezeigt, bei welchem das Fahrerwunschmoment 2 direkt auf das Fahrbarkeitsfilter 3 geführt ist. Der Fahrbarkeitsfilter 3 glättet das Fahrerwunschmoment 2 und gibt ein geglättetes Fahrerwunschmoment 12 aus. Hinter dem Fahrbarkeitsfilter 3 ist eine zweite Einrechnungsstelle 7 angeordnet, an welcher das geglättete Fahrerwunschmoment 12 mit dem Leerlaufreglermoment 5 zusammengeführt, insbesonder addiert, wird. Beide bilden dabei das Sollmoment 6, welches zum Antrieb des Verbrennungsmotors 21 im Motorsteuergerät 28 genutzt wird. Wird der Leerlaufregler 29, wie in 3 erst nach dem Fahrbarkeitsfilter 3 zu dem Fahrerwunschmoment 2 eingerechnet, insbesondere addiert, so verbessert dies die Regelung des Leerlaufreglers 29. Es können jedoch Lastschläge auftreten, insbesondere beim Ablösen des Leerlaufreglers 29 durch die fahrerwunschgesteuerte Drehzahlregelung.
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Wie dargestellt, geschieht die stärkere oder weniger starke Berücksichtigung des Leerlaufreglers 29 oder des Fahrbarkeitsfilters 3 über die Einrechnung des Leerlaufreglermomentes 5 nach bzw. vor dem Fahrbarkeitsfilter 3. Hat die Einhaltung einer optimalen Lastschlagdämpfung Vorrang, so wird das Leerlaufreglermoment vor dem Fahrbarkeitsfilter 3 eingerechnet. Hat eine optimale Leerlaufregelung Vorrang, so wird das Leerlaufreglermoment nach dem Fahrbarkeitsfilter 3 eingerechnet.
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In einer vorteilhaften Ausführung besitzt der Momentenpfad 1, wie in 4 dargestellt, zwei Einrechnungsstellen 4, 7. Das Fahrerwunschmoment 2 wird über die Einrechnungsstelle 4 auf das Fahrbarkeitsfilter 3 geleitet, welches als Tiefpaßfilter ausgebildet sein kann. Hinter dem Fahrbarkeitsfilter 3 ist die zweite Einrechnungsstelle 7 angeordnet, aus welcher sich das Sollmoment 6 ergibt. Zur Entscheidung darüber, an welcher Einrechnungsstelle 4, 7 das Leerlaufreglermoment 5 eingreifen soll, ist ein Schaltelement 10 vorhanden. Dieses Schaltelement 10 ist über die Verbindung 8 mit der ersten Einrechnungsstelle 4 und über die Verbindung 9 mit der zweiten Einrechnungsstelle 7 verbunden. Je nach aktueller Situation des Fahrzeuges schaltet das Schaltelement 10 das Leerlaufreglermoment 5 entweder auf die erste Einrechnungsstelle 4 oder auf die zweite Einrechnungsstelle 7.
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Bei der Einrechnung, insbesondere Addition, des Fahrerwunschmomentes 2 mit dem Leerlaufreglermoment 5 in der ersten Einrechnungsstelle 4 wird das ermittelte Moment, insbesondere Summenmoment, aus Fahrerwunschmoment 2 und Leerlaufreglermoment 5, das errechnete Moment 11, durch den Fahrbarkeitsfilter 3 geglättet. Wird im Gegensatz dazu das Leerlaufreglermoment 5 erst hinter dem Fahrbarkeitsfilter 3 in der Einrechnungsstelle 7 mit dem geglätteten Fahrerwunschmoment 12 zusammengerechnet, insbesondere zu einer Summe addiert, wird ein schneller Momentenaufbau priorisiert und auf eine Glättung des Signales weitgehend verzichtet.
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Entscheidend ist zu erkennen, welche Komponente in der aktuellen Fahrsituation gerade wichtiger ist. Befindet sich das Fahrzeug z. B. gerade im Leerlauf und der Fahrer gibt kein Gas über das Fahrpedal, so ist es am wichtigsten, die Leerlaufdrehzahl exakt einzuhalten, selbst dann, wenn dies einen Lastschlag verursachen sollte. Ist aber z. B. die Motordrehzahl noch deutlich über der Leerlaufsolldrehzahl, so ist es wichtiger, keinen Lastschlag zu verursachen. Die Leerlaufregelung wird in diesem Fall als weniger wichtig angesehen.
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Ein anderer wesentlicher Zustand ist das Ablösen des Leerlaufreglers 29 durch den Fahrer. Wird erkannt, dass der Fahrer stark Gas gegeben hat, so wird der Fahrbarkeitsfilter 3 gegenüber dem Leerlaufregler 29 stärker berücksichtigt, da die Gefahr eines Leerlaufunterschwingers nicht gegeben ist.
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Ein mögliches Verfahren zur differenzierten Anwendung des Fahrbarkeitsfilters 3 soll anhand von 5 erläutert werden. In Block 100 startet das Verfahren. Anschließend ermittelt das Motorsteuergerät 28 mit Hilfe des Fahrpedalgebers 31 im Block 101, ob ein Fahrerwunsch vorhanden ist und welche Größe das Fahrerwunschmoment 2 aufweist. Gleichzeitig wird das von dem Leerlaufregler 29 erzeugte Leerlaufreglermoment 5 ermittelt.
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Im folgenden Block 102 wird die Fahrsituation analysiert. Zu diesem Zweck wird beispielsweise bewertet, ob der Fahrerwunsch vorhanden ist, und/oder ob sich der Leerlaufregler 29 am Anschlag des Minimalmomentes aufhält. Des Weiteren kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors 21 mit der Leerlaufsolldrehzahl verglichen werden. Ausgehend von diesen situationsabhängigen Komponenten wird im Block 103 das Schaltelement 10 geschaltet. Je nachdem, zu welchem Ergebnis das Motorsteuergerät 28 bei seiner Analyse im Block 102 gekommen ist, wird das Leerlaufreglermoment in Abhängigkeit der Schalterstellung des Schaltelementes 10 entweder mit der ersten Einrechnungsstelle 4 oder mit der zweiten Einrechnungsstelle 7 verbunden. Danach erfolgt im Block 105 die Berechnung des Fahrbarkeitsfilters 3. Abschließend wird das Sollmoment 6 für den Verbrennungsmotor 21 berechnet. Dieses Verfahren verläuft in einer Zeitschleife, so dass nach Errechnung des Sollmomentes im Block 105 wieder zum Block 100 zurückgekehrt wird, wo das Verfahren von neuem gestartet und bewertet wird.
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Durch die variable Anwendung der Fahrbarkeitsfilters 3 in Hinsicht auf das Leerlaufreglermoment 5 können die Leerlaufregelung und der Fahrbarkeitsfilter 3 in Abhängigkeit von der Fahrsituation des Kraftfahrzeuges stärker oder weniger stark berücksichtigt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007013253 A1 [0005]
