DE2933714A1 - DRIVE UNIT FOR VEHICLES, IN PARTICULAR MOTOR VEHICLES, CONSTRUCTED FROM A COMBUSTION ENGINE AND A REORDERED, AUTOMATICALLY SWITCHABLE GEARBOX - Google Patents
DRIVE UNIT FOR VEHICLES, IN PARTICULAR MOTOR VEHICLES, CONSTRUCTED FROM A COMBUSTION ENGINE AND A REORDERED, AUTOMATICALLY SWITCHABLE GEARBOXInfo
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Aus einem "Verbrennungsmotor und einem nachgeordneten, automatisch schaltbaren Getriebe bestehendes Antriebsaggregat für Fahrzeuge, insbesondere KraftfahrzeugeFrom an "internal combustion engine and a downstream, automatically switchable Existing drive unit for vehicles, in particular motor vehicles
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.The invention relates to an internal combustion engine and a downstream, automatically shiftable transmission with existing drive unit for vehicles, in particular motor vehicles an accelerator pedal that can be arbitrarily actuated by the vehicle driver and determines the engine operating point.
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.In conventional drive units of the type mentioned at the beginning the vehicle driver determines the position of the throttle valve connected to it by actuating the accelerator pedal, and thus directly the load (torque) of the motor. Depending on this throttle position and the driving speed and / or the Engine speed is then determined by the transmission control, the assigned gear of the transmission and may be necessary Switching processes initiated.
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,In general, however, the driver of the vehicle does not have an overview about the fuel consumption at the respective operating point and, in particular, do not know whether other,
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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.operating points generating the same power in other gear units, with lower fuel consumption "are possible. On the other hand There is a strong dependency of the fuel consumption on the respective operating point, especially in the case of mixture-compressing, externally ignited Otto engines of the engine, so that the conventional units as a result of the direct determination of the engine operating point by the driver very often in unfavorable operating areas with high fuel consumption operate.
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.The object on which the present invention is based therefore exists in creating a drive unit for motor vehicles with which a largely optimal operation with the lowest possible fuel consumption values is attainable.
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 beiThis object is achieved according to the invention in that a control device is provided which controls the engine and the transmission as a function of the position of the Fahrpe <lals, and which selects an associated engine operating point and a transmission gear for a power requirement of the vehicle driver entered via the accelerator pedal sets that the engine is operated in a region with the most favorable fuel consumption. This is done in such a way that the control unit determines the respective fuel consumption for each engine operating point from an input power and consumption values indicating the engine operating pressure / speed and this with the fuel consumption values in the engine operating points with the same power, but in the next higher and compares the next lower gear and selects the most economical operating point with the assigned gear for operation. In addition, the working pressure / speed map of the engine entered into the control unit should have an optimal operating range to be maintained during operation of the engine, which is limited to low speeds by a concentricity limit that cannot be exceeded without driving errors, and to low values of the working pressure by a consumption limit at which If the fuel consumption falls below this rises sharply, and to high values of the working pressure through the full load line corresponding to the fully open throttle valve, and the control unit only at
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Unter- bzw. Überschreitiing der Grenzen dieses Arbeitsbereichs den nächsthöheren oder nächstniedrigeren Getriebegang unter entsprechender Veränderung der Drosselklappenstellung des Motors zuschaltet.Falling below or exceeding the limits of this work area engages the next higher or next lower gear with a corresponding change in the throttle valve position of the engine.
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.By the proposed by the invention, the working pressure-speed map the engine containing and processing control unit is now achieved that the respective operating point of the engine to Achievement of a certain required performance as well as the associated transmission gear no longer directly from the vehicle driver and are determined directly, but that these are selected and set by the control unit so that the lowest possible fuel consumption occurs. The fuel consumption is used to achieve a required performance of the engine in the various possible transmission and the engine operating points to be set determined and the most favorable operating point selected and set. The accelerator pedal position specified by the driver is therefore only loaded as performance information, i.e. as the vehicle driver's request for more or less performance used as such by the control unit to set a suitable, optimal operating point. The engine load, that is, the torque of the engine, is no longer determined by the driver, but by the control unit.
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. Based on the drawing, in its Figure 1 is a circuit diagram of the invention Drive unit and in its Figure 2, the working pressure-Drehsahl map of the engine input to the control unit schematically shows, an embodiment of the invention is explained in more detail.
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 8In the figure 1 of the drawing, 1 is a conventional mixture-compressing, externally ignited Otto engine and with 2 an automatically shiftable speed change gear arranged downstream of this designated. 3 shows a control unit that operates via a signal line 7 receives the power requirement for the engine from the accelerator pedal, which can be arbitrarily adjusted by the vehicle driver. This corresponds to each position of the accelerator pedal of a certain power of the engine between idle and maximum power. Via the signal line 8
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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.the control unit 3 also receives information about the speed of the engine and possibly via an information line 12 also provides information about the driving speed of the vehicle. The control unit determines depending on these inputs based on the engine map, the fuel consumption of the engine in the different parts of the required power Transmission gears and selects the most economical operating point. According to this selection signals for engaging the most favorable gear are sent via a signal line 10 to a transmission control 11 and via a signal line 9 to a servomotor 6 signal for setting a position of the throttle valve 5 assigned to the selected engine operating point.
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. In FIG. 2, the engine map available to control unit 3 is shown shown, in which the working pressure or the torque is plotted against the engine speed. There are also ioch in this map the engine power and fuel consumption are entered as parameters.
Angenommen, der Motor komme gerade in einen in dem Diagramm mit A bezeichneten Arbeitspunkt und zwar währendSuppose the engine is just coming into one of the diagram with A designated working point during
des Betriebes im dritten Getriebegang. Der Motor besitzt dann eine Drehzahl nTTT 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 Gangof operation in third gear. The motor then has a speed n TTT of 3,000 rpm, and a working pressure of about 5 »75 kp / cm. An engine output of about 25 hp belongs to this operating point. As already mentioned above, the control device 3 now uses the characteristic map to determine the fuel quantity required for the same power but different transmission gears at each operating point and then selects the most economical operating point. In the case at hand, the control unit would then determine the engine speeds required in the second or fourth gear with the same output and the fuel quantities then required, taking into account the specified gear ratio. Based on a four-speed automatic transmission with a ratio of 1.4 from the second to the third gear and from the third to the fourth gear
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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.A ratio of 1.5 would be conceivable if the speeds were in the second or fourth gear. : u, 4,200 rpm the operating point B and in the fourth gear with a Kotor & rehzahi n_ v 2,3OO rpm operating point C. The control unit would select the operating point with the lowest fuel consumption from these three operating points for the further operation of the vehicle assembly i: nd after engaging the corresponding gear via the transmission control H, adjust the throttle valve 5 so that the mean working pressure associated with this operation of the engine is reached.
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.In your zenith oath shown in Figure 2 is. with a! icnraifur the optimum operating range of the vehicle isotor is indicated, which is also small ;; Drehsahlen is limited by the so-called Hundlaufgrense, to small working pressures by a consumption limit and to high working pressures by the line of the maximum working pressure (Yollastlinie). If these limits are not reached or exceeded, the control unit sets the next higher or next lower gear with the appropriate engine operating point.
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,So if, for example, starting from work point A, the driver of the vehicle by appropriate actuation of the accelerator pedal 4 indicates that the power of the vehicle should be increased, for example To achieve a higher driving speed, this is only possible in the same gear as long as the line is not maximum Working pressure is exceeded. So if the position of the accelerator pedal 4 provides an output of 40 hp, for example, then this performance is no longer achievable in third gear at any rate at the moment and at this speed. The control unit determines
daß ein gedachter Betriebspunkt D außerhalb des optimalen Betriebs· ·that an imaginary operating point D outside of optimal operation
bereiches liegen würde und schaltet demzufolge in den Getriebegang II zurück (Betriebspunkt S),range and consequently shifts to gear II back (operating point 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 desSimultaneously with switching the transmission to the second gear the control unit sets a throttle valve position associated with operating point E of the engine, so that the desired output of the
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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 nIV auf der gleichen Leistungslinie der Betriebspunkt G mit entsprechend erhöhtem Arbeitsdruck bei stärkerer Öffnung der Drosselklappe, aber bei verringertem Verbrauch, erreicht wird.Engine is again achieved by operating in the optimal operating range. The same applies to a reduction in engine output starting from point A to an output of 15 hp, for example. The operating point F thus reached would, however, be below the consumption limit and thus also outside the optimal operating range. Therefore, the control unit would shift the transmission from third to fourth gear, whereby by lowering the engine speed to the speed n IV on the same power line, the operating point G is reached with a correspondingly increased working pressure with greater opening of the throttle valve, but with reduced consumption.
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.With this mode of operation, engine operating ranges of high load (torque), i.e. with a larger opening of the throttle valve, but with lower speeds preferred. It is therefore advisable to use this type of control for transmissions with mechanical clutches without continuous slip or with hydrodynamic. Clutches or torque converters to be used with additional mechanical lock-up at least in the higher transmission gears, in order to avoid power losses due to permanent slip to avoid if possible. The function of the control unit can be enhanced by additional information, for example load reduction when Switching, kick-down and the like. Be influenced. The control unit can preferably use known hydraulic or electronic components Use information processing.
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 wegenIt should also be noted that the specified in the map Operating range limits, at least in the middle gears, have priority, i.e. the determination of an operating point, for example at a speed below the run-out limit is also excluded if this operating point possibly has a would allow lower fuel consumption. These limits of the optimal operating range are only used in the first gear, which is essentially only used to start the vehicle and possibly also operating points below the concentricity limit must perform, as well as in the fourth gear, in which because of
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des Wegfalls der Möglichkeit eines Hochschaltens Überschreitungen der Verbrauchsgrenze zur Erzielung maximaler Leistungen bei hohen Drehzahlen notwendig sind, nicht immer beachtet.the elimination of the possibility of an upshift being exceeded the consumption limit necessary to achieve maximum performance at high speeds is not always taken into account.
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