DE2933714A1

DE2933714A1 - Aus einem verbrennungsmotor und einem nachgeordneten, automatisch schaltbaren getriebe bestehendes antriebsaggregat fuer fahrzeuge, insbesondere kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2933714A1
Application number: DE19792933714
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr.-Ing. 3180 Wolfsburg Krüger
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1979-08-21
Filing date: 1979-08-21
Publication date: 1981-03-26
Also published as: FR2463696B3; FR2463696A1

Description

VOLKSWAGENWERK 29337 U

AKTIENGESELLSCHAFT 3180 Wolfsburg

Unsere Zeichen: K 2756
17O2pt-we-jä

Aus einem "Verbrennungsmotor und einem nachgeordneten, automatisch schaltbaren Getriebe bestehendes Antriebsaggregat für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge

Die Erfindung bezieht sich auf ein aus einem Verbrennungsmotor und einem nachgeordneten, automatisch schaltbaren Getriebe bestehendes Antriebsaggregat für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit einem von dem Fahrzeugführer willkürlich betätigbaren, den Motorbetriebspunkt bestimmenden Fahrpedal.

Bei herkömmlichen Antriebsaggregaten der eingangs genannten Bauart bestimmt der Fahrzeugführer durch Betätigung des Fahrpedals die Stellung der mit diesem verbundenen Drosselklappe und damit unmittelbar die Belastung (Drehmoment) des Motors. In Abhängigkeit von dieser Drosselklappenstellung und der Fahrgeschwindigkeit und/oder der Motordrehzahl wird dann von der Getriebesteuerung die zugeordnete Fahrstufe des Getriebes festgelegt und werden gegebenenfalls notwendige Schaltvorgänge eingeleitet.

Der Fahrzeugführer hat dabei jedoch im allgemeinen keinen Überblick über den in dem jeweiligen Betriebspunkt vorliegenden Kraftstoffverbrauch und weiß insbesondere auch nicht, ob gegebenenfalls andere,

130013/0329

fC r-RS

29337U

die gleiche Leistung erzeugende Betriebspunkte in anderen Getriebegänger, mit geringerem Kraftstoffverbrauch möglich"sind. Andererseits besteht gerade bei gemischverdichtenden, fremdgezündeten Otto-Motoren eine starke Abhängigkeit des Kraftstoffverbrauchs vom jeweiligen Betriebspunkt des Motors, so daß die herkömmlichen Aggregate infolge der direkten Festlegung des Motorbetriebspunktes durch den Fahrer sehr häufig in ungünstigen Betriebsbereichen mit hohen Kraftstoffverbräuchen betrieben werden.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, ein Antriebsaggregat für Kraftfahrzeuge zu schaffen, mit dem ein weitgehend optimaler Betrieb mit geringstmöglichen Kraftstoffverbrauchswerten erreichbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß ein den Motor und das Getriebe in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpe<lals steuerndes Steuergerät vorgesehen ist, das zu einer über das Fahrpedal eingegebenen Leistungsanforderung des Fahrzeugführers einen zugehörigen Motorbetriebspunkt sowie einen Getriebegang so auswählt und einstellt, daß der Motor in einem Bereich mit günstigstem Kraftstoffverbrauch betrieben wird. Dies erfolgt in der Weise, daß das Steuergerät aus einem eingegebenen Leistungs- und Verbrauchewerte anzeigenden Arbeitsdruck-Drehzahl-Kennfel-d des Motors zu jedem Motorbetriebspunkt den jeweiligen Kraftstoffverbrauch ermittelt und diesen mit den Kraftstoffverbrauchswerten in den Motorbetriebspunkten mit der gleichen Leistung, aber in dem nächsthöheren und dem nächsttieferen Getriebegang vergleicht und den jeweils verbrauchsgünstigsten Betriebspunkt mit dem zugeordneten Getriebegang für den Betrieb auswählt. Außerdem soll das dem Steuergerät eingegebene Arbeitsdruck-Drehzahl-Kennfeld des Motors einen beim Betrieb des Motors einzuhaltenden optimalen Betriebsbereich aufweisen, der begrenzt ist zu kleinen Drehzahlen hin durch eine nicht ohne Fahrfehler unterschreitbare Rundlaufgrenze, zu kleinen Werten des Arbeitsdrucks hin durch eine Verbrauchsgrenze, bei deren Unterschreitung der Kraftstoffverbrauch stark ansteigt, und zu großen Werten des Arbeitsdrucks hin durch die der vollgeöffneten Drosselklappe entsprechende Vollastlinie, und das Steuergerät nur bei

1 30013/0329

Unter- bzw. Überschreitiing der Grenzen dieses Arbeitsbereichs den nächsthöheren oder nächstniedrigeren Getriebegang unter entsprechender Veränderung der Drosselklappenstellung des Motors zuschaltet.

Durch das von der Erfindung vorgeschlagene, das Arbeitsdruck-Drehzahl-Kennfeld des Motors enthaltende und verarbeitende Steuergerät wird nun erreicht, daß der jeweilige Betriebspunkt des Motors zur Erreichung einer bestimmten geforderten Leistung ebenso wie der zugehörige Getriebegang nicht mehr von dem Fahrzeugführer direkt und unmittelbar bestimmt werden, sondern daß diese von dem Steuergerät so ausgewählt und eingestellt werden, daß der geringstmögliche Kraftstoffverbrauch auftritt. Dabei wird der Kraftstoffverbrauch zur Erzielung einer geforderten Leistung des Motors in den verschiedenen möglichen Getriebegangen und den dann einzustellenden Motorbetriebspunkten ermittelt und der dabei günstigste Betriebspunkt ausgewählt und eingestellt. Die vom Fahrzeugführer vorgegebene Fahrpedalstellung wird also nur noch als Leistungsinformation, das heißt als Wunsch des Fahrzeugführers nach einer Mehr- oder Minderleistung, befrachtet und als solche vom Steuergerät zur Einstellung eines passenden, optimalen Betriebspunktes herangezogen. Die Motorlast, das heißt das Drehmoment des Motors, wird also nicht mehr vom Fahrer, sondern von dem Steuergerät bestimmt.

Anhand der Zeichnung, die in ihrer Figur 1 ein Schaltbild des erfindungsgemäßen Antriebsaggregates und in ihrer Figur 2 das dem Steuergerät eingegebene Arbeitsdruck-Drehsahl-Kennfeld des Motors schematisch zeigt, wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Dabei ist in der Figur 1 der Zeichnung mit 1 ein herkömmlicher gemischverdichtender, fremdgezündeter Otto-Motor und mit 2 ein diesem nachgeordnetes, automatisch schaltbares Geschwindigkeitswechselgetriebe bezeichnet. 3 stellt ein Steuergerät dar, das über eine Signalleitung 7 von dem von dem Fahrzeugführer willkürlich verstellbaren Fahrpedal die Leistungsanforderung für den Motor erhält. Dabei entspricht jede Stellung des Fahrpedals einer bestimmten Leistung des Motors zwischen Leerlauf und Maximalleistung. Über die Signalleitung 8

130013/0329

"^β" 29337Η

erhält das Steuergerät 3 außerdem noch eine Information über die Drehzahl des Motors und gegebenenfalls über eine informationsleitung 12 auch eine Information über die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs. In Abhängigkeit von diesen Eingaben ermittelt das Steuergerät anhand des Motorkennfeldes den Kraftstoffverbrauch des Motors in den zu einer geforderten Leistung gehörenden, in den unterschiedlichen Getriebegängen vorliegenden Betriebspunkten und wählt den jeweils verbrauchsgünstigsten Betriebspunkt aus. Dieser Auswahl entsprechend werden über eine Signalleitung 10 an eine Getriebesteuerung 11 Signale zur Einschaltung des günstigsten Getriebeganges und über eine Signall'eitung 9 an einen Stellmotor 6 Signal zur Einstellung einer dem ausgewählten Motorbetriebspunkt zugeordneten Stellung der Drosselklappe 5 weitergegeben.

In der Figur 2 ist das dem Steuergerät 3 vorliegende Motorkennfeld dargestellt, in dem über der Motordrehzahl der Arbeitsdruck bzw. das Drehmoment aufgetragen ist. In diesem Kennfeld sind außerdem ioch als Parameter die Motorleistung und der Kraftstoffverbrauch eingetragen.

Angenommen, der Motor komme gerade in einen in dem Diagramm mit A bezeichneten Arbeitspunkt und zwar während

des Betriebes im dritten Getriebegang. Der Motor besitzt dann eine Drehzahl n_TTT von 3.000 U/min, und ein Arbeitsdruck von etwa 5»75 kp/cm Zu diesem Arbeitspunkt gehört eine Motorleistung von etwa 25 PS. Wie oben bereits erwähnt wurde, ermittelt das Steuergerät 3 nun anhand des Kennfeldes zu jedem Arbeitspunkt die bei gleicher Leistung, aber unterschiedlichen Getriebegängen benötigte Kraftstoffmenge und wählt dann den verbrauchsgünstigsten Arbeitspunkt aus. In dem hier vorliegenden Fall würde das Steuergerät dann unter Berücksichtigung der vorgegebenen Getriebeabstufung die im zweiten bzw. vierten Getriebegang bei gleicher Leistung erforderlichen Motordrehzahlen und der dann benötigten Kraftstoffmengen ermitteln. Ausgehend von einem viergängigen automatischen Getriebe, bei dem vom zweiten zum dritten Getriebegang eine Übersetzung von 1,4 und vom dritten zum vierten Gang

130013/0329

eine übersetzung von 1,5 denkbar wäre, ergäben sich dann Im zweiten bzw. vierten Getriebegang bei den Drehzahlen. :u, 4.200 U/min der Betriebspunkt B und im vierten Getriebegang bei einer Kotor&rehzahi n__v 2.3OO U/min der Betriebspunkt C. Das Steuergerät würde von diesen drei Betriebspunkten für den weiteren Betrieb des Fahrzeugaggregates denjenigen Arbeitspunkt mit dem geringsten Kraftstoffverbrauch auswählen i:nd nach Einschaltung des entsprechenden Getriebeganges über die Getriebesteuerung H die Drosselklappe 5 so anstellen, daß der zu diesem Betrieb spunks des .Motors gehörige mittlere Arbeitsdruck erreicht wird.

In dein in der Figur 2 gezeigten Zeniifeid ist. mit einer !icnraifur der optimale Betriebsbereich des Fahrzeugisotors angegeben, der au kleine;; Drehsahlen hin durch die sogenannte Hundlaufgrense, zu kleinen Arbeitsdrücken hin durch eine Verbrauchsgrenze und zu hohen Arbeitsdrükken hin durch die Linie des maximalen Arbeitsdruckes (Yollastlinie) begrenzt ist. Bei unter- bzw, Überschreitung dieser Grenzen wird von des Steuergerät der nächsthöhere oder nächstniedrigere Getriebegang mit dem dazu passenden Motorbetriebsptmkt eingestellt.

Wenn also beispielsweise ausgehdnv on dem Arbeltspunkt A der Fahrzeugführer durch entsprechende Betätigung des Falirpedals 4 anzeigt, daß die Leistung des Fahrzeugs erhöht werden müßte, um beispielsweise eine höhere Fahrgeschwindigkeit zu erzielen, dann ist dies in denselben Getriebegang nur so lange möglich, wie nicht die Linie maximalen Arbeitsdruckes überschritten wird. Wird also durch die Stellung des Fahrpedals 4 eine Leistung von beispielsweise 40 PS vorgesehen, dann ist diese Leistung jedenfalls im Moment und bei dieser Drehzahl im dritten Gang nicht mehr erreichbar. Das Steuergerät stellt fest,

daß ein gedachter Betriebspunkt D außerhalb des optimalen Betriebs· ·

bereiches liegen würde und schaltet demzufolge in den Getriebegang II zurück (Betriebspunkt S),

Gleichzeitig mit der Umschaltung des Getriebes in den zweiten Getriebegang stellt das Steuergerät eine zu des Betriebspunkt E des Motors gehörige Drosselklappenstellung ein,so daß die gewünschte Leistung des

130013/032S

Motors wieder durch Betrieb in dem optimalen Betriebsbereich erzielt wird. Das gleiche gilt für eine Absenkung der Motorleistung vom Punkt A ausgehend auf eine Leistung von beispielsweise 15 PS. Der damit erreichte Betriebspunkt F würde aber unterhalb der Verbrauchsgrenze und damit ebenfalls außerhalb des optimalen Betriebsbereiches liegen. Deshalb würde das Steuergerät das Getriebe vom dritten in den vierten Gang schalten, wobei durch Absenkung der Motordrehzahl auf die Drehzahl n_IV auf der gleichen Leistungslinie der Betriebspunkt G mit entsprechend erhöhtem Arbeitsdruck bei stärkerer Öffnung der Drosselklappe, aber bei verringertem Verbrauch, erreicht wird.

Durch diese Betriebsweise werden Motorbetriebsbereiche hoher Last (Drehmoment) also mit größerer Öffnung der Drosselklappe, aber bei geringeren Drehzahlen bevorzugt. Es ist deshalb zweckmäßig, diese Steuerungsart bei Getrieben mit mechanischen Kupplungen ohne Dauerschlupf bzw. bei hydrodynamischen. Kupplungen oder Drehmomentwandlern mit zusätzlicher mechanischer Überbrückung wenigstens in den höheren Getriebegängen anzuwenden, um so Leistungsverluste durch Dauerschlupf nach Möglichkeit zu vermeiden. Die Funktion des Steuergerätes kann durch weitere Zusatzinformationen, zum Beispiel Lastrücknahme beim Schalten, Kick-down und dgl. beeinflußt werden. Das Steuergerät kann vorzugsweise bekannte hydraulische oder elektronische Bauelemente zur Informationsverarbeitung heranziehen.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß die in dem Kennfeld angegebenen Betriebsbereichsgrenzen, jedenfalls in den mittleren Gängen Priorität besitzen, also die Ermittlung eines Betriebspunktes beispielsweise bei einer unterhalb der Rundlaufgrenze liegenden Drehzahl auch dann ausgeschlossen wird, wenn dieser Betriebspunkt möglicherweise einen geringeren Kraftstoffverbrauch zulassen würde. Diese Grenzen des optimalen Betriebsbereichs werden lediglich in dem ersten Getriebegang, der im wesentlichen nur zum Anfahren des Fahrzeugs benutzt wird und dabei möglicherweise auch Betriebspunkte unterhalb der Rundlaufgrenze ausführen muß, sowie im vierten Getriebegang, bei dem wegen

130013/0329

29337U

des Wegfalls der Möglichkeit eines Hochschaltens Überschreitungen der Verbrauchsgrenze zur Erzielung maximaler Leistungen bei hohen Drehzahlen notwendig sind, nicht immer beachtet.

130013/0329

-40-

Leerseite

Claims

AKTIENGESELLSCHAFT 3180 Wolfsburg Unsere Zeichen: K 2756 1702pt-we-jä 2a Aus. W9 ANSPEtICHE

1.) Aus einem Verbrennungsmotor und einem nachgeordneten, automatisch schaltbaren Getriebe bestehendes Antriebsaggregat für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit einem von dem Fahrzeugführer willkürlich betätigbaren, den Motorbetriebspunkt bestimmenden Fahrpedal, gekennzeichnet durch ein den Motor (1) und das Getriebe (2) in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedals (4) steuerndes Steuergerät (j), das zu der über das Fahrpedal eingegebenen Leistungsanforderun^ einen zugehörigen Motorbetriebspunkt sowie einen Getriebegang so auswählt und einstellt, daß der Motor in einem Bereich mit günstigem Kraftstoffverbrauch betrieben wird.

2. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (3) aus einem diesem eingegebenen Leistungs- und Verbrauchswerte anzeigenden Arbeitsdruck-Drehzahl-Kennfeld des Motors zu jedem Motorbetriebspunkt den jeweiligen Kraftstoffverbrauch ermittelt und diesen mit den KraftstoffVerbrauchswerten in den Motorbetriebspunkten mit der gleichen Leistung, aber in dem nächsthöheren und nächsttieferen Getriebegang vergleicht und

130013/0329

Vorstand ':■ :,—■. .-■:-:----q;·· P-C-C- :-i"-. er.-;: ' = 'ä ~:. .-..-. Fe:er t-.i-,. S^:er Ns·;* ~

^z's' i.'j-rr---- Γ.- ■■:- ζ - .\€"e' ^r- 2~~ z' - >:!: ^£ M-Stric" - Pro*. Dr. rer cc'- Fr.edrici: T';:-te

Sitr der Geselisctia't v.oiisburg Amtsgericht Wolfsburg HRE

29337H

den jeweils verbrauchsgünstigsten Betriebspunkt mit dem zugehörigen Getriebegang für den Betrieb des Fahrzeugs auswähle und einstellt.

J. Antriebsaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Steuergerät (3) eingegebene Arbeitsdruck-Drehzahl-Kennfeld des Motors einen beim Betrieb des Motors einzuhaltenden optimalen Betriebsbereich aufweist, der begrenzt ist zu kleinen Drehzahlen hin durch eine nicht ohne Fahrfehler unterschreitbare Rundlaufgrenze, zu kleinen Werten des Arbeitsdrucks hin durch eine Yerbrauchsgrenze, bei deren Unterschreitung der Kraftstoffverbrauch stark ansteigt, und zu großen Werten des Arbeitsdrucks hin durch die der vollgeöffneten Drosselklappe entsprechende Tolllastlinie, und daß das Steuergerät bei Unter- bzw. Überschreitung der Grenzen dieses Arbeitsbereichs den nächsthöheren bzw. nächstniedrigeren Getriebegang unter entsprechender Veränderung der Drosselklappenstellung des Motors zuschaltet.

130013/0329