DE29618851U1 - Powertrain control for a motor vehicle - Google Patents
Powertrain control for a motor vehicleInfo
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Description
BeschreibungDescription
Antriebsstrangsteuerung für ein KraftfahrzeugPowertrain control for a motor vehicle
Die Erfindung betrifft eine Antriebsstrangsteuerung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a drive train control according to the preamble of claim 1.
Bekannte Steuerungssysteme für den Motor, das Getriebe und die Nebenaggregate eines Kraftfahrzeugs arbeiten weitgehend selbständig, d. h. sie stellen den Arbeitspunkt und den Betriebsmodus des gesteuerten Aggregats weitgehend unabhängig voneinander ein. Es stehen auch Mittel zur Kommunikation zwischen den einzelnen Bestandteilen des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung, z. B. in Form eines CAN-Busses oder ähnlichem, diese werden aber überwiegend nur zum Austausch von Sensordaten im Wege einer Mehrfachausnutzung verwendet. Außerdem beeinflussen sich die Steuerungen mittels Kommunikation bei bestimmten Vorgängen, z. B. um den Schaltkomfort durch eine Reduktion des Motormoments bei einem Über-0 Setzungswechsel des Getriebes zu verbessern.Known control systems for the engine, transmission and the auxiliary units of a motor vehicle work largely independently, i.e. they set the operating point and the operating mode of the controlled unit largely independently of one another. Means of communication between the individual components of the drive train of a motor vehicle are also available, e.g. in the form of a CAN bus or similar, but these are mainly only used to exchange sensor data by means of multiple use. In addition, the controls influence each other by means of communication during certain processes, e.g. to improve the comfort of shifting by reducing the engine torque when the transmission gear changes above zero.
Weitere Beispiele sind eine Motorschleppmomentregelung beim Bremsen und ein Bremseingriff oder eine Motormomentreduktion bei auftretendem Antriebsschlupf. Bekannt ist ein Vorschlag zur Systemvernetzung im Automobil, die eine integrierte Antriebsstrangsteuerung für ein Kraftfahrzeug anstrebt, durch die die Stellung des Gaspedals als ein vom Fahrer gewünschtes Radmoment interpretiert und zum Berechnen von Sollwerten für den Motor und für das Getriebe des Kraftfahrzeugs verwendet (F & M 101(1993)3, Seiten 87 bis 90). Zielsetzung der darin vorgeschlagenen übergeordneten Optimierung der Teilsysteme Motorsteuerung, elektronisches Gaspedal und Getriebesteuerung ist es, den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren und die Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs zu verbessern, insbesondere was 5 die spontane Reaktion auf Gaspedalbewegungen betrifft.Further examples are engine drag torque control when braking and braking intervention or engine torque reduction when traction slip occurs. A known proposal for system networking in automobiles is aimed at an integrated drive train control for a motor vehicle, through which the position of the accelerator pedal is interpreted as a wheel torque desired by the driver and used to calculate target values for the engine and for the transmission of the motor vehicle (F & M 101(1993)3, pages 87 to 90). The aim of the higher-level optimization of the subsystems engine control, electronic accelerator pedal and transmission control proposed therein is to reduce fuel consumption and improve the drivability of the motor vehicle, in particular with regard to the spontaneous reaction to accelerator pedal movements.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Betrieb eines Kraftfahrzeugs global zu verbessern. Dabei sollen die Emissionen {Kohlenwasserstoffe, Stickoxide usw.) minimiert werden, indem eine Strategie für die Motorsteuerung, die Motorleistungsstelleinheit und die Getriebesteuerung zentral derart festgelegt wird, daß der Ausstoß von Schadstoffen, insbesondere im Stadtgebiet, minimiert wird. Die zentrale Strategie kann auch einen fahrleistungsorientierten Modus des Kraftfahrzeugs zum Ziel haben. Alle dezentralen Funktionseinheiten werden bei dieser Strategie so eingestellt, daß eine bestmögliche Beschleunigung, ein schnelles Ansprecheri des Antriebs auf den Fahrerwunsch zur Verfügung stehen. Notwendig ist ein solcher Modus bei einer sportlichen Fahrweise und bei Bergauffahrt.The invention is based on the task of improving the operation of a motor vehicle globally. The aim is to minimize emissions (hydrocarbons, nitrogen oxides, etc.) by centrally defining a strategy for the engine control, the engine power control unit and the transmission control in such a way that the emission of pollutants, especially in urban areas, is minimized. The central strategy can also have the goal of a performance-oriented mode of the motor vehicle. In this strategy, all decentralized functional units are set in such a way that the best possible acceleration and a rapid response of the drive to the driver's wishes are available. Such a mode is necessary for sporty driving and when driving uphill.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Antriebsstrangsteuerung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt.The object is achieved according to the invention by a drive train control according to claim 1. Advantageous further developments of the invention are set out in the subclaims.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are explained below with reference to the drawing. They show:
Figur 1 ein die hierarchische Struktur oder Architektur einer integrierten Antriebsstrangsteuerung gemäß der Erfindung darstellendes Blockschaltbild;Figure 1 is a block diagram illustrating the hierarchical structure or architecture of an integrated powertrain controller according to the invention;
Figur 2 eine integrierte Antriebsstrangsteuerung gemäß der Erfindung;Figure 2 shows an integrated drive train control according to the invention;
Figur 3 die Steuerung des Motors und des Getriebes einer anderen Ausführung der erfindungsgemäßen Antriebsstrang-0 steuerung;Figure 3 shows the control of the engine and the transmission of another embodiment of the drive train control according to the invention;
Figur 4 ein Ablaufdiagramm des von der Antriebsstrangsteuerung nach Figur 2 abgearbeiteten Programms, undFigure 4 is a flow chart of the program executed by the drive train control according to Figure 2, and
Figur 5 ein Unterprogramm des Ablaufdiagramms von Figur 4.Figure 5 is a subroutine of the flow chart of Figure 4.
5 Eine integrierte Antriebsstrangsteuerung 1 weist die nachfolgend aufgeführten Bestandteile auf (Figur 1). Der besseren5 An integrated drive train control 1 has the following components (Figure 1). The better
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Lesbarkeit halber wird im folgenden bei den einzelnen Schal tungs- oder Programmbestandteilen häufig auf die Bezeichnungen „-Schaltung" oder „Block" verzichtet (Beispiel: Auswahl statt Auswahlschaltung).For the sake of readability, the terms "circuit" or "block" are often omitted in the following for the individual circuit or program components (example: selection instead of selection circuit).
Die Bestandteile sind: symbolisch zu einem Block zusammengefaßte Sensoren 1.01, eine zentrale Klassifikation und Kriterienbildung 1.02, eine zentrale Betriebsparametergewinnung 1.03, der die Signale von dem Fahrpedal und dem Bremspedal des Kraftfahrzeugs zugeführt werden, eine Fahrstrategieauswahl 1.04, zu einem Block zusammengefaßte dezentrale Steuerungseinheiten 1.05 und die zu steuernden Aggregate des Antriebsstrangs 1.06, z. B. der Motor, das Getriebe und die Bremsen des Kraftfahrzeugs.The components are: sensors 1.01 symbolically combined to form a block, a central classification and criteria formation 1.02, a central operating parameter acquisition 1.03, to which the signals from the accelerator pedal and the brake pedal of the motor vehicle are fed, a driving strategy selection 1.04, decentralized control units combined to form a block 1.05 and the drive train units to be controlled 1.06, e.g. the engine, the transmission and the brakes of the motor vehicle.
Die Funktion und Wirkungsweise der Bestandteile von Figur 1 wird in Verbindung mit der Beschreibung der weiteren Figuren erläutert.The function and mode of operation of the components of Figure 1 is explained in conjunction with the description of the other figures.
Die integrierte Antriebsstrangsteuerung 1 ist in Figur 2 detaillierter dargestellt. Sie weist folgende Bestandteile der zentralen Klassifikationen und Kriterienbildung 1.02 auf: eine Fahrertyp- und Fahrerwunsch-Gewinnung(sschaltung) 2, eine Umwelt- und Straßentyp-Lokalisation 3 {zum Beispiel über GPS) eine Fahrmanöver- und Fahrsituationserkennung 4 und ein Informationskanal 5 (zum Beispiel ein Funktelefon oder ein Satellitenempfänger) . Den Schaltungen 2 bis 5 und weiteren noch zu beschreibenden Schaltungsbestandteilen der Antriebsstrangsteuerung 1 werden die Signale von verschiedenen Sensoren im Kraftfahrzeug, die hier symbolisch mit S bezeichnet sind, 0 über entsprechende Signalleitungen zugeführt. Die Signalleitungen sind in der Zeichnung als Mehrfachleitungen angedeutet, sie können auch als Datenbus (z. B. CAN-Bus) ausgeführt sein.The integrated drive train control 1 is shown in more detail in Figure 2. It has the following components of the central classifications and criteria formation 1.02: a driver type and driver request acquisition (circuit) 2, an environment and road type localization 3 (for example via GPS), a driving maneuver and driving situation recognition 4 and an information channel 5 (for example a radio telephone or a satellite receiver). The signals from various sensors in the motor vehicle, which are symbolically designated here with S, are fed to the circuits 2 to 5 and other circuit components of the drive train control 1 that are still to be described via corresponding signal lines. The signal lines are indicated in the drawing as multiple lines, they can also be designed as a data bus (e.g. CAN bus).
Eine Primär-Fahrstrategieauswahl 6 empfängt über Leitungen bis 18 Ausgangssignale der vorstehend erwähnten SchaltungenA primary driving strategy selection 6 receives output signals from the above-mentioned circuits via lines up to 18
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bis 5. Über eine Leitung 19 empfängt sie das Ausgangssignal einer Radmomentberechnung 12, die ihrerseits Signale von einem Bremspedal 20 und einem Gaspedal 21 empfängt. Ausgangssignale der Primär-Fahrstrategieauswahl 6 werden einer Basis-Betriebsparametergewinnung 7 und einer elektronischen Motorsteuerung und Motorleistungsstelleinheit 9 zugeführt. Ausgangssignale der Basis-Betriebsparametergewinnung 7 gelangen zu einer Fahrerinformation oder Anzeige 16, zu einer elektrischen Servolenkung (EPAS) 8, zu einer elektronischen Motorsteuerung und Motorleistungsstelleinheit (EMS/ ETC) 9, zu einer elektronischen Getriebesteuerung (EGS) 10 und zu einer Bremssteuerung 11, die ein ABS-System, eine Antriebsschlupfregelung TCS und eine Fahrstabilitätsregelung FSR einschließen kann.to 5. Via a line 19, it receives the output signal of a wheel torque calculation 12, which in turn receives signals from a brake pedal 20 and an accelerator pedal 21. Output signals of the primary driving strategy selection 6 are fed to a basic operating parameter acquisition 7 and an electronic engine control and engine power control unit 9. Output signals of the basic operating parameter acquisition 7 go to a driver information or display 16, to an electric power steering (EPAS) 8, to an electronic engine control and engine power control unit (EMS/ETC) 9, to an electronic transmission control (EGS) 10 and to a brake control 11, which can include an ABS system, a traction control system TCS and a driving stability control system FSR.
Die Basis-Betriebsparametergewinnung (oder Block) 7 führt nun gemäß der Strategievorgabe aus dem Block 6 eine koordinierte Berechnung der zentralen Betriebsparameter des gesamten Antriebsstranges durch. Im Block 7 werden zum Beispiel GetriebeÜbersetzungen und Soll- Motordrehmoment festgelegt, aber auch Antriebsart und deren einzelne Betriebspunkte beim Hybridantrieb. Dies ermöglicht eine wesentlich umfassendere Steuerung von Motor und Getriebe als bisher. So kann das Motordrehmoment abhängig von der Getriebeübersetzung eingestellt werden. Dies erhöht die Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs, da der Fahrer bei einer Hochschaltung den Verlust an Abtriebsmoment nicht mehr ausregeln muß. Aber auch Schadstoffemissionen können so wirksam gesenkt werden (Erklärung folgt weiter unten).The basic operating parameter acquisition (or block) 7 now carries out a coordinated calculation of the central operating parameters of the entire drive train in accordance with the strategy specification from block 6. In block 7, for example, gear ratios and target engine torque are determined, but also the type of drive and its individual operating points for hybrid drives. This enables much more comprehensive control of the engine and transmission than before. The engine torque can be set depending on the gear ratio. This increases the drivability of the vehicle, since the driver no longer has to compensate for the loss of output torque when upshifting. But pollutant emissions can also be effectively reduced in this way (explanation follows below).
Die koordinierte Festlegung der Betriebsparameter von Motor und Getriebe erfolgt dabei nicht nur stationär, d.h. nicht nur bei konstanter Radmomentanforderung aus Block 12, sondern es werden auch Informationen über dynamische Vorgänge wie z.B. über eine Kurvenfahrt oder über einen Übergang in den Schubbetrieb {Fahrzeuggeschwindigkeit wird dabei verkleinert)The coordinated determination of the operating parameters of the engine and transmission is not only carried out in a stationary manner, i.e. not only with a constant wheel torque requirement from block 12, but also information about dynamic processes such as cornering or a transition to overrun mode (the vehicle speed is reduced in the process)
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von Block 7 berücksichtigt, um die nachgeordneten Funktionseinheiten 8-11 zu koordinieren. So ist es im Fall des Schubbetriebs möglich, sowohl die aktuelle Gangübersetzung festzuhalten als auch gleichzeitig die Schubabschaltung zu aktivieren. Bei einer extremen Kurvenfahrt ist es zum Erhalt der Fahrstabilität sinnvoll, die Übersetzung zu fixieren (-> EGS) und Lastwechsel im Antrieb zu dämpfen oder langsamer ablaufen zu lassen {-> EMS/ETC).of block 7 in order to coordinate the subordinate functional units 8-11. In the case of overrun operation, it is possible to both fix the current gear ratio and simultaneously activate the overrun cut-off. When cornering extremely, it is advisable to fix the ratio (-> EGS) and to dampen load changes in the drive or to let them run more slowly {-> EMS/ETC) in order to maintain driving stability.
Die Zentralisierung im Sinne von Fahrbarkeits- und Emissionsmanagement soll aber nur soweit erfolgen wie nötig (Strategievorgabe oder -Delegation). Alle anderen Funktionen laufen in der Ebene der dezentralen Steuerungseinheiten soweit möglich selbständig ab (z.B. Funktionen für Fahrstabilität)Centralization in the sense of drivability and emissions management should only take place to the extent necessary (strategy specification or delegation). All other functions run independently at the level of the decentralized control units as far as possible (e.g. functions for driving stability)
Die Steuerschaltungen oder Geräte 8 bis 11 erzeugen Stellsignale, mit denen die einzelnen Aggregate oder Bestandteile des Antriebsstrangs 24 des Kraftfahrzeugs gesteuert werden, d.h. der Motor über seine Drosselklappe, das Getriebe und die Bremsen des Kraftfahrzeugs. Die Stellsignale gelangen über Leitungen A von den Schaltungen 9 bis 11 zu den Aggregaten des Antriebsstrangs, Sensorsignale S werden über entsprechende Leitungen den genannten Schaltungen zugeführt. Die Steuerschaltungen oder Geräte 8 bis 11 können allerdings auch als sogenannte Vororteinheiten mit dem jeweils zu steuernden Aggregat zusammengebaut oder in dieses integriert sein. So ist es zum Beispiel sinnvoll, die Steuerung 11 im Falle eines elektrischen Bremsaktuators mit dem Bremsaktuator zusammenzufassen. An der Steuerungsfunktion ändert sich dadurch nichts.The control circuits or devices 8 to 11 generate control signals with which the individual units or components of the drive train 24 of the motor vehicle are controlled, i.e. the engine via its throttle valve, the transmission and the brakes of the motor vehicle. The control signals are sent from the circuits 9 to 11 to the units of the drive train via lines A, and sensor signals S are fed to the circuits mentioned via corresponding lines. The control circuits or devices 8 to 11 can, however, also be assembled as so-called local units with the unit to be controlled or integrated into it. For example, it is sensible to combine the control 11 with the brake actuator in the case of an electric brake actuator. This does not change the control function.
Die einzelnen Bestandteile des AntriebsStrangs selbst sind in Figur 2 unten zeichnerisch dargestellt, sie werden hier nicht weiter erläutert, da sie allgemein bekannt sind. Im Falle eines Kybridantriebes - d.h. eines Verbrennungsmotors kombiniert mit einem Elektromotor - ist ersterer mit dem Elektromotor und einem Generator G gekoppelt. Ein solcher Hybridan-The individual components of the drive train itself are shown in Figure 2 below; they will not be explained further here as they are generally known. In the case of a hybrid drive - i.e. a combustion engine combined with an electric motor - the former is coupled to the electric motor and a generator G. Such a hybrid drive
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trieb ist zum Beispiel aus VDI-Bericht Nr. 1225, 1995, Seiten 281-297 bekannt.drive is known, for example, from VDI report no. 1225, 1995, pages 281-297.
Beispiele für eine erfindungsgemäße globale oder kombinierte Antriebsstrangsteuerung sind:Examples of a global or combined powertrain control according to the invention are:
1. Ein emissionsminimierter Betrieb (HC, NOx):1. An emission-minimized operation (HC, NOx):
- Die Primär-Fahrstrategieauswahl 6 legt die Betriebsweise des gesamten Antriebstrangs auf minimierten Schadstoffaustoß fest.- The primary driving strategy selection 6 determines the operating mode of the entire drive train to minimize pollutant emissions.
- Ein zentraler "Entscheider", d.h. die Primär-Fahrstrategieauswahl 6, berechnet gemäß dieser Vorgabe die wesentlichen Betriebsparameter der Schaltungen 9, 10 (EMS, ETC, EGS) derart, daß der Ausstoß an Schadstoffen minimiert wird (z.B. im Stadtgebiet). Diese Vorgabe kann von den nachgeordneten Funktionseinheiten folgendermaßen umgesetzt werden:- A central "decision maker", i.e. the primary driving strategy selection 6, calculates the main operating parameters of the circuits 9, 10 (EMS, ETC, EGS) according to this specification in such a way that the emission of pollutants is minimized (e.g. in urban areas). This specification can be implemented by the subordinate functional units as follows:
-- ETC (elektronische Motorleistungssteuerung): Lastwechsel des Verbrennungsmotors werden gedämpft (angefordert von Einheit 12) oder der Betriebsbereich wird eingeschränkt. Durch Vermeiden von instationären Vorgängen können dabei Regelungen und Steuerungen, die eine Emissionsreduktion bezwecken, fehlerfrei Arbeiten. Betriebsbereiche mit quantitativ oder qualitativ unerwünschter Zusammensetzung der Emissionen werden vermieden.-- ETC (electronic engine performance control): Load changes of the combustion engine are dampened (requested by unit 12) or the operating range is restricted. By avoiding unsteady processes, regulations and controls that aim to reduce emissions can work without errors. Operating ranges with quantitatively or qualitatively undesirable composition of emissions are avoided.
-- EMS (elektronische Motorsteuerung): Aktivierung eines emissionsarmen Modus, z.B. bei Verbrennungsmotor Verringerung der Beschleunigungsanreicherung, oder - Wechsel der Antriebsart (z.B. auf Elektromotor, Wasserstoff antrieb)-- EMS (electronic engine control): activation of a low-emission mode, e.g. with a combustion engine, reduction of acceleration enrichment, or - change of drive type (e.g. to electric motor, hydrogen drive)
-- EGS (elektronische Getriebesteuerung): bewirkt beim Verbrennungsmotor einen möglichst stationären Betrieb im Be--- EGS (electronic transmission control): ensures that the combustion engine operates as stationary as possible in operation
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reich mit kleinster Emission, zum Beispiel mit CVT oder vielstufigem Getriebe;rich with lowest emissions, for example with CVT or multi-stage transmission;
- Anpassung bei Wechsel der Antriebsart {z.B. Elektromotor, Wasserstoffantrieb, und zwar koordiniert durch die Einheit 7). Besonders bei dieser Funktion kommt es auf ein gutes Zusammenspiel von Motor und Getriebe an, denn die Anforderung des Fahrers läßt bezüglich Beschleunigung und Geschwindigkeit mehrere Kombinationen von resultierendem Motordrehmoment und Getriebeübersetzung zu. Auch ist ein abgestimmter Verlauf der zeitlichen Änderung beider Stellgrößen notwendig.- Adaptation when changing the type of drive (e.g. electric motor, hydrogen drive, coordinated by unit 7). This function in particular depends on good interaction between the engine and transmission, because the driver's requirements allow for several combinations of resulting engine torque and transmission ratio in terms of acceleration and speed. A coordinated course of the temporal change of both control variables is also necessary.
2. Ein fahrleistungsorientierte Modus:2. A performance-oriented mode:
Analog zum emissionsminimierten Betrieb werden alle dezentralen Funktionseinheiten so eingestellt, daß bestmögliche Beschleunigung, schnelles Ansprechen des Antriebs auf den Fahrerwunsch (uneingeschränkte Antriebsart) zur Verfügung stehen. Notwendig bei sportlicher Fahrweise oder Bergauffahrt. Analogous to the emission-minimized operation, all decentralized functional units are set so that the best possible acceleration and rapid response of the drive to the driver's wishes (unrestricted drive type) are available. Necessary for sporty driving or when driving uphill.
Aus Figur 1 ist die Architektur einer solchen Funktionsteilung ersichtlich. Allerdings werden Entscheidungen tieferer Kontrollebenen, die übergeordnete Vorgaben beeinflussen, an die höheren Kontrollebenen sofern notwendig signalisiert. Dies wird aber noch anhand von Figur 2 erklärt werden, deren Funktion nun im Detail erläutert wird.The architecture of such a division of functions is evident from Figure 1. However, decisions made by lower control levels that affect higher-level specifications are signaled to the higher control levels if necessary. This will be explained using Figure 2, the function of which will now be explained in detail.
Der Block (oder Schaltung) 2 dient der Fahrertypgewinnung, d.h. eine Klassifikation zwischen fahrleistungsorientiert und ökonomisch. Ein Beispiel für eine derartige Funktion ist in EP 0 576 703 Al beschrieben. Ein den Fahrstil des Fahrers charakterisierendes Signal wird einer Primär-Fahrstrategieauswahl 6 über eine Leitung 14 zugeführt.The block (or circuit) 2 is used to determine the driver type, i.e. a classification between performance-oriented and economical. An example of such a function is described in EP 0 576 703 A1. A signal characterizing the driver's driving style is fed to a primary driving strategy selection 6 via a line 14.
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Der Block 3 ermittelt den Straßentyp (Stadt/Autobahn/Landstraße) , kann aber auch über zusätzliche Sensoren z.B. den allgemeinen Grad der Luftverunreinigung feststellen. Ist mit GPS (Global Positioning System) in Verbindung mit einer digitalen Karte {auf CD-Rom) der lokale Standort des Fahrzeugs bekannt, so kann diese Information über die lokale Luftverunreinigung dem Block 6 zur Verfügung gestellt werden.Block 3 determines the type of road (city/motorway/country road), but can also use additional sensors to determine, for example, the general level of air pollution. If the local location of the vehicle is known using GPS (Global Positioning System) in conjunction with a digital map (on CD-ROM), this information about the local air pollution can be made available to Block 6.
Eine in dem Block 4 durchgeführte Detektion einzelner Fahrmanöver, wie z.B. Kurvenfahrt, Fahrbahnsteigung, Antriebs-Bremsschlupf, sowie eine Information über Längs- und Querstabilität, kann ebenfalls zur Ermittlung der Fahrstrategieauswahl herangezogen werden. Diese Informationen können auch Block 7 zur Verfügung gestellt werden, um über die mittelfristige Betriebsstrategie auch kurzfristig eine geeignete Betriebsweise des Antriebsstrangs zu erreichen. Dabei können diese Informationen für die Blöcke 6 und 7 auch von dezentralen Steuerungseinheiten stammen (z.B. über die fahrdynamische Stabilität von dem ABS/TCS/FSR-Steuergerät 11) oder von dem Informationskanal 5. Dieser Block 5 stellt Informationen zur Verfügung, die von einer zentralen "Leitstelle", zum Beispiel von einer Verkehrsüberwachungsbehörde, gegeben werden. So ist es möglich, in einer Region zentral eine emissionsarme Betriebsweise zu steuern.A detection of individual driving maneuvers carried out in block 4, such as cornering, road gradient, drive brake slip, as well as information on longitudinal and lateral stability, can also be used to determine the driving strategy selection. This information can also be made available to block 7 in order to achieve a suitable operating mode of the drive train in the short term via the medium-term operating strategy. This information for blocks 6 and 7 can also come from decentralized control units (e.g. via the driving dynamics stability from the ABS/TCS/FSR control unit 11) or from the information channel 5. This block 5 provides information that is provided by a central "control center", for example from a traffic monitoring authority. This makes it possible to centrally control a low-emission operating mode in a region.
Der Block 6 dient der Ermittlung der primären Fahrstrategieauswahl für die nachgeordnete Einheit 7,die wiederum die zentralen Betriebsparameter für die dezentralen Steuerungseinheiten koordiniert ermittelt. Die Informationen auf den Leitungen 14, 15, 17 und 18 werden mit einem festgelegten Regelsatz verglichen. Dies wird mit einem Fuzzy-System, mit mathematisch formulierte Algorithmen oder mit einem Neuronalen Netz realisiert.Block 6 is used to determine the primary driving strategy selection for the subordinate unit 7, which in turn determines the central operating parameters for the decentralized control units. The information on lines 14, 15, 17 and 18 is compared with a specified set of rules. This is achieved using a fuzzy system, mathematically formulated algorithms or a neural network.
Die Sensoren S liefern notwendige Signale sowohl für die Bildung der Klassifikation und der Kriterien in der oberstenThe sensors S provide necessary signals both for the formation of the classification and the criteria in the top
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Schicht der Antriebsstrangsteuerung 1 , d.h. in den Einheiten 2-5, als auch an die dezentralen Steuerungseinheiten für die einzelnen Aggregate. Die Lokalisierung der Sensoren bezüglich der Funktionsblöcke spielt eine untergeordnete Rolle, sofern eine Kommunikation zwischen der Sensorsignalaufbereitung in der jeweiligen Steuereinheit (ECU) und der Informationssenke gewährleistet ist. Auch ist es bezüglich der Funktionsarchitektur unwesentlich, in welcher ECU welche Funktionseinheiten physikalisch vorhanden und zusammengefaßt sind. So ist es durchaus möglich, die Fahrertyp und -Wunschgewinnung in die Getriebesteuerung (EGS) 10 zu integrieren, während Umwelt- und Straßentypklassifikation in dem Block 11 (Längsund Querdynamikregelung) untergebracht werden können.Layer of the drive train control 1, i.e. in units 2-5, as well as to the decentralized control units for the individual units. The location of the sensors in relation to the functional blocks plays a subordinate role, provided that communication between the sensor signal processing in the respective control unit (ECU) and the information sink is guaranteed. It is also unimportant in terms of the functional architecture which functional units are physically present and grouped together in which ECU. It is therefore entirely possible to integrate the driver type and desired acquisition into the transmission control (EGS) 10, while the environmental and road type classification can be accommodated in block 11 (longitudinal and lateral dynamics control).
Auch kann ein zentraler Rechner die Einheiten 12, 6, 7 mit enthalten. Wesentlich ist die virtuelle Architektur, wie sie in Figur 2 dargestellt ist, um eine insgesamt verbesserte Funktion zu erreichen. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Kommunikation zwischen den physikalischen Einheiten, die zweckmäßigerweise als schnelle serielle Buskommunikation (zum Beispiel über einen CAN-Bus) ausgeführt ist.A central computer can also contain the units 12, 6, 7. The virtual architecture, as shown in Figure 2, is essential in order to achieve an overall improved function. An important role is played by the communication between the physical units, which is expediently implemented as fast serial bus communication (for example via a CAN bus).
Die Vorgaben des Fahrers durch das Gaspedal werden in dem Block 12 in eine Soll-Raddrehmomentvorgabe umgesetzt, d.h. in das Drehmoment, das von den Antriebsrädern auf die Fahrbahn zu übertragen ist. Der Einfluß von umweltbedingten Einflüssen wie zusätzlichen Fahrwiderständen (Bergfahrt, Beladung) soll hier nicht berücksichtigt werden, um den Fahrer nicht von der physikalischen Realität zu entfremden.The driver's instructions via the accelerator pedal are converted in block 12 into a target wheel torque specification, i.e. into the torque that is to be transferred from the drive wheels to the road. The influence of environmental factors such as additional driving resistance (uphill driving, loading) should not be taken into account here in order not to alienate the driver from physical reality.
Der Block 12 ist in Figur 2 gesondert dargestellt, er kann aber auch in den dezentralen Steuerungseinheiten 8-11 oder 16 physikalisch untergebracht sein (z.B. EMS/ETC). Gleiches gilt für die Blöcke 1-7. Das Signal auf der Leitung 19 kann als Wunsch-Radmoment ausgegeben werden oder auch als Soll-Rad-Umfangskraft oder Soll-Getriebe-Ausgangsddrehmoment. DabeiBlock 12 is shown separately in Figure 2, but it can also be physically housed in the decentralized control units 8-11 or 16 (e.g. EMS/ETC). The same applies to blocks 1-7. The signal on line 19 can be output as the desired wheel torque or as the target wheel circumferential force or target transmission output torque.
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ist es durch eine kontinuierliche Information über das Bremspedal 20 auch möglich, negative Soll-Radmomente oder Umfangskräfte vorzugeben. Somit ist ein integriertes Management von antreibenden Einheiten (z.B. Verbrennungs-, Elektromotor, rotierendes Schwungrad) oder verzögernden, Energie aufnehmenden Einheiten (z.B. Betriebsbremse, Stromgenerator, ruhendes Schwungrad) möglich. Alternativ zur Radmomentvorgabe vom Fahrer kann dieses auch von einem Fahrgeschwindigkeitsregler 23 (kurz FGR) vorgegeben werden.it is also possible to specify negative target wheel torques or circumferential forces by continuously providing information via the brake pedal 20. This enables integrated management of driving units (e.g. combustion engine, electric motor, rotating flywheel) or decelerating, energy-absorbing units (e.g. service brake, power generator, stationary flywheel). As an alternative to the wheel torque being specified by the driver, this can also be specified by a speed controller 23 (FGR for short).
Die Informationskanäle zwischen dem Block 7 "Basis-Betriebsparametergewinnung" und den Einheiten 9, 10 und 11 sind bidirektional nutzbar. Der Grund hierfür ist die Notwendigkeit, bei der Berechnung der Basis-Betriebsparameter nicht nur externe Bedingungen wie Fahrertyp, Umwelt und Fahrmanöver zugrunde zu legen, sondern auch interne vorgegebene Betriebszustände der gesteuerten Einheiten im Antrieb zu berücksichtigen. So ist es wichtig, nach dem Kaltstart den Verbrennungsmotor bei erhöhten Drehzahlen zu betreiben, um damit das Aufheizen des Katalysators zu unterstützen. Zudem stellen zusätzliche Heizquellen (z.B. ein elektrisch beheizter Katalysator) eine zusätzliche Last am Motorantrieb dar. Eine Spätverstellung der Zündung nach dem Kaltstart (unter Umständen ein Einblasen von Sekundärluft) zum gleichen Zweck verändert die Charakteristik des Antriebs, was von Einheit 7 berücksichtigt werden muß (z.B. durch Verschieben von Schaltpunkten zu höheren Motordrehzahlen).The information channels between block 7 "Basic operating parameter acquisition" and units 9, 10 and 11 can be used bidirectionally. The reason for this is the need to not only take external conditions such as driver type, environment and driving maneuvers into account when calculating the basic operating parameters, but also to take into account internally specified operating states of the controlled units in the drive. It is therefore important to operate the combustion engine at higher speeds after a cold start in order to support the heating of the catalyst. In addition, additional heat sources (e.g. an electrically heated catalyst) represent an additional load on the engine drive. Retarding the ignition after a cold start (possibly by blowing in secondary air) for the same purpose changes the characteristics of the drive, which must be taken into account by unit 7 (e.g. by shifting switching points to higher engine speeds).
Ebenso kann ein bestimmter Betriebszustand im Getriebe die Berechnung der Übersetzung des Getriebes beeinflussen (z.B. kaltes Getriebeöl beim Zuschalten der Wandlerüberbrückung; bei Getriebeübertemperatur ist ein Verschieben der Motordrehzahlen in Bereiche, die den Volumendurchsatz der Ölpumpe des Getriebes durch den Ölkühler erhöhen, sinnvoll). Andere auf das Motordrehmoment erfolgende Eingriffe, wie z.B. eine Erhöhung, um den Drehmomentverlust durch den Klimakompressor oderA certain operating state in the transmission can also influence the calculation of the transmission ratio (e.g. cold transmission oil when the torque converter lock-up is engaged; if the transmission is overheated, it is advisable to shift the engine speeds to areas that increase the volume flow rate of the transmission oil pump through the oil cooler). Other interventions on the engine torque, such as an increase to compensate for the loss of torque through the air conditioning compressor or
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Wirkungsgradverluste des Getriebes (CVT: Verstellung der Übersetzung bedingt größere Pumpenleistung) auszugleichen, finden auf der Steuerungsebene repräsentiert durch die Blocke 8-11 statt, sofern sie nicht auch durch Maßnahmen in Block 7 unterstützt werden müssen.Compensating for efficiency losses in the transmission (CVT: adjusting the gear ratio requires greater pump output) takes place at the control level, represented by blocks 8-11, unless they also need to be supported by measures in block 7.
Durch die erfindungsgemäße Antriebsstrangsteuerung ist es so möglich, daß nicht nur das Schaltverhalten bei Bergauf und -abfahrt oder bei fahrstil- und fahrsituationsbezogener Fahrleistungsanforderung, sondern die Steuerung des gesamten Antriebsstranges einschließlich Antriebsquellen anderen Kriterien unterliegt und an diese angepaßt wird.The drive train control according to the invention makes it possible that not only the switching behavior when driving uphill and downhill or when driving style and driving situation-related performance requirements, but the control of the entire drive train including drive sources is subject to other criteria and is adapted to these.
So kann es sinnvoll und notwendig sein, in kritischen Situationen und Fahrmanövern die aktuelle Übersetzung situationsbezogen anzupassen (festzuhalten), und zwar unabhängig von der gerade etablierten generellen Strategie. Solche dynamischen Korrekturen werden in dem erfindungsgemäßen Steuerungskonzept mit der Steuerung des Motors funktional kombiniert (ein Beispiel ist das koordinierte Gangfesthalten und Aktivieren der Motorschubabschaltung).In critical situations and driving maneuvers, it can be useful and necessary to adapt (hold) the current gear ratio depending on the situation, regardless of the general strategy that has just been established. Such dynamic corrections are functionally combined with the control of the engine in the control concept according to the invention (an example is the coordinated gear holding and activation of the engine overrun cut-off).
Es ist sinnvoll, in dem Block 12 (Radmomentberechnung) noch keine motorspezifischen Parameter einzubeziehen, da ja zum Beispiel bei einem Hybridantrieb die Wahl der Antriebsart auf dieser Entscheidungsebene noch nicht feststeht. Allerdings ist es nützlich, Bedingungen wie Traktionsverhältnisse (Winterbetrieb, SpIit-Untergrund) einzubeziehen und vor allem bei stark motorisierten Fahrzeugen präventiv die Empfindlichkeit des Systems etwas zu reduzieren (bei gleichem Fahrpedal weniger Radmoment erzeugen). Allgemein kann die Umsetzung der Fahrpedalstellung in ein Radmoment mit einen Fuzzy-System erfolgen, das die mehrfachen Abhängigkeiten zu einem Soll-Radmoment kombiniert.It is sensible not to include any engine-specific parameters in block 12 (wheel torque calculation), since, for example, in the case of a hybrid drive, the choice of drive type has not yet been decided at this decision level. However, it is useful to include conditions such as traction conditions (winter operation, slippery surfaces) and, especially in the case of powerful vehicles, to reduce the sensitivity of the system somewhat as a preventive measure (generate less wheel torque with the same accelerator pedal). In general, the accelerator pedal position can be converted into a wheel torque using a fuzzy system that combines the multiple dependencies to create a target wheel torque.
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Die Vorteile der Erfindung liegen auch in einem integrierten Radmomentmanagement, das das Radmoment auch als negativen Wert verarbeitet und sowohl Antriebsquellen als auch das Fahrzeug verzögernde Einheiten beeinflußt. Besonders einfach ist dabei eine Kopplung mit Bremssystemen mit elektrischer Bremsenbetätigung ("Brake by wire").The advantages of the invention also lie in an integrated wheel torque management system, which also processes the wheel torque as a negative value and influences both drive sources and the units that decelerate the vehicle. Coupling with braking systems with electrical brake actuation ("brake by wire") is particularly simple.
Im dem Block 7 werden nicht nur die Getriebeübersetzungen und das jeweilige Soll-Motordrehmoment, sondern auch die Antriebsart und deren einzelne Betriebspunkte festgelegt. Dabei ist nicht nur ein streng radmomentorientierter Betrieb nach Fahrervorgabe möglich, sondern es kann auch durch zentrale Vorgaben bezüglich der Schadstoffemission das reale Radmoment beeinflußt oder begrenzt werden. Allerdings müssen solche Eingriffe dem Fahrer durch den Block 16 angezeigt werden und möglichst ohne Restriktionen der Fahrbarkeit erfolgen.In block 7, not only the gear ratios and the respective target engine torque are determined, but also the type of drive and its individual operating points. This not only allows strictly wheel torque-oriented operation according to the driver's specifications, but the real wheel torque can also be influenced or limited by central specifications regarding pollutant emissions. However, such interventions must be indicated to the driver by block 16 and, if possible, take place without restricting drivability.
Die Blöcke 2 bis 7, 12 und 16 können in eigenständigen physikalischen Einheiten (Steuergeräten) untergebracht oder in die Einheiten 8-11 integriert sein. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist diese Flexibilität.Blocks 2 to 7, 12 and 16 can be housed in independent physical units (control units) or integrated into units 8-11. Another advantage of the invention is this flexibility.
Der Datenaustausch zwischen den einzelnen Steuergeräten erfolgt momentenbasiert. unter „momentenbasiert" ist folgendes zu verstehen: Wird zum Beispiel vom Getriebe eine Motormomentreduktion angefordert, dann übermittelt es eine Größe an die Motorsteuerung, die das Wunschmoment, d.h. das gewünschte Motordrehmoment, darstellt und nicht z.B. eine Zündwinkelreduktion um 5% fordert. Umgekehrt wird zur Ermittlung des Motor-0 momentes in dem aktuellen Arbeitspunkt zum Beispiel der Getriebesteuerung nicht die Drosselklappenstellung und die Motordrehzahl übertragen, aus denen die Getriebesteuerung über eine in der Getriebesteuerung abgelegten Matrix das aktuelle Motormoment ermitteln könnte, sondern die Motorsteuerung überträgt über eine Schnittstelle (z.B. CAN) das aktuelle Motormoment an die Getriebesteuerung.The data exchange between the individual control units is torque-based. The following is to be understood by "torque-based": If, for example, the gearbox requests a reduction in engine torque, it transmits a value to the engine control unit that represents the desired torque, i.e. the desired engine torque, and does not, for example, request an ignition angle reduction of 5%. Conversely, to determine the zero engine torque at the current operating point, the gearbox control unit, for example, does not transmit the throttle valve position and the engine speed, from which the gearbox control unit could determine the current engine torque via a matrix stored in the gearbox control unit, but the engine control unit transmits the current engine torque to the gearbox control unit via an interface (e.g. CAN).
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Aus Figur 3 ist eine etwas vereinfachte integrierte Antriebs Strangsteuerung 1 ersichtlich, die zum Steuern eines Verbrennungsmotors und eines Getriebes dient. Die einzelnen Bezugszeichen entsprechen denen von Figur 2, sind aber zur Unterscheidung mit einem „*w versehen. Die Funktion dieser Antriebsstrangsteuerung entspricht der vorstehend beschriebenen, soweit die Bestandteile jeweils vorhanden sind.Figure 3 shows a somewhat simplified integrated drive train control 1, which is used to control an internal combustion engine and a transmission. The individual reference numerals correspond to those in Figure 2, but are provided with a "* w" to distinguish them. The function of this drive train control corresponds to that described above, provided that the components are present in each case.
Aus den Figuren 4 und 5 ist ein Ablaufdiagramm ersichtlich, das von der erfindungsgemäßen Antriebsstrangsteuerung 1 abgearbeitet wird. Nach dem Beginn A führt das Programm folgende Schritte Sl bis SIl durch:Figures 4 and 5 show a flow chart that is processed by the drive train control 1 according to the invention. After the start A, the program carries out the following steps Sl to SIl:
Sl: Es wird, falls gewünscht, die Fahrgeschwindigkeitsregelung FGR aktiviert.Sl: If desired, the vehicle speed control FGR is activated.
S2: Es wird die Information über das Fahrpedal - oder das Bremspedal in ein Soll-Radmoment umgerechnet (Block 12). Die Fahrgeschwindigkeitsregelung wird ggf. mit einbezogen,S2: The information about the accelerator pedal or the brake pedal is converted into a target wheel torque (block 12). The cruise control is included if necessary,
S3: Es wird der Fahrer, die Umwelt und die Fahrmanöver klassifiziert oder erfaßt (in den Blöcken 1, 3 und 4).S3: The driver, the environment and the driving maneuvers are classified or recorded (in blocks 1, 3 and 4).
S4: Es wird der Informationskanal 5 abgefragt (in Block 6). S5: Es wird in Block 6 eine Primär-Fahrstrategie ausgewählt.S4: Information channel 5 is queried (in block 6). S5: A primary driving strategy is selected in block 6.
S6: Es werden die Basis-Betriebsparameter für den Antriebsstrang gewählt (in Block 7): die Antriebs- oder Verzöge-0 rungsquelle, die Berechnung der Arbeitspunkte der Antriebs- und der Verzögerungsquellen, die Berechnung des Arbeitspunkts des Getriebes (in Block 7).S6: The basic operating parameters for the drive train are selected (in block 7): the drive or deceleration source, the calculation of the operating points of the drive and deceleration sources, the calculation of the operating point of the gearbox (in block 7).
S7: Es wird die Fahrstabilität überwacht: Mit ABS, Motorleistungsstelleinheit TCS und Fahrstabilitätsregelung FSR. Es wird das Wunsch-Bremsmoment eingestellt.S7: Driving stability is monitored: With ABS, engine power control unit TCS and driving stability control FSR. The desired braking torque is set.
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S8: Es wird abgefragt, ob ein Fahrstabilitätseingriff erfolgen soll (in Block 7 oder 9). Falls ja wird inS8: A query is made as to whether a driving stability intervention should take place (in block 7 or 9). If yes,
S9: das Antriebs- oder Bremsmoment im Antrieb korrigiert (Block 7 oder 9). Falls nein, wird in einem SchrittS9: the drive or braking torque in the drive is corrected (block 7 or 9). If not, in a step
SlO: abgefragt, ob ein Wirkungsgradverlust im Antrieb vorliegt. Falls ja, wird in einem SchrittSlO: checks whether there is a loss of efficiency in the drive. If so, in a step
SIl: die Antriebsleistung erhöht. Danach und auch falls nein gelangt das Programm zu seinem SIl: the drive power is increased. After that and also if no, the program returns to its
Ende.End.
Der Schritt S6 kann auch als Unterprogramm mit folgenden Schritten ausgeführt werden (Figur 5):Step S6 can also be executed as a subroutine with the following steps (Figure 5):
S6.1: Es werden die Stationarparameter des Antriebs und des Getriebes berechnet (basierend auf Kennfeldern, auf einen Algorithmus, auf einem Fuzzy-System oder auf einer Strategievorgabe). S6.1: The stationary parameters of the drive and the transmission are calculated (based on characteristic maps, on an algorithm, on a fuzzy system or on a strategy specification).
S6.2: Es wird ein temporärer Eingriff auf den Antrieb und das Getriebe berechnet, und zwar abhängig von der Fahrsituation und von den Fahrmanövern, z. B. bei einem Gangfesthalten im Schub oder bei einer Bremsassistenz.S6.2: A temporary intervention on the drive and transmission is calculated, depending on the driving situation and the driving maneuvers, e.g. when holding a gear while overrunning or when braking assistance is used.
Das Programm wird danach wie anhand von Figur 4 erläutert bis zu seinem Ende abgearbeitet.The program is then executed to its end as explained in Figure 4.
Claims (5)
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DE29618851U Expired - Lifetime DE29618851U1 (en) | 1996-10-29 | 1996-10-29 | Powertrain control for a motor vehicle |
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