DE3334711A1 - Gassteuereinrichtung fuer einen antriebsmotor - Google Patents

Gassteuereinrichtung fuer einen antriebsmotor

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Description

  • Gassteuereinrichtung für einen Antriebsmotor
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Gassteuereinrichtung für einen Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Die Erfindung befaßt sich hauptsächlich mit Gangwechselvorgängen bei einem Getriebe mit mechanischer Synchronisation. Sie ist aber auch vorteilhaft anwendbar bei Getrieben ohne mechanische Synchronisation, bei denen der Synchronlauf der Getriebeteile durch eine Drehzahl-Steuerung oder -Regelung des Antriebsmotors bei eingerückter Kupplung hergestellt wird.
  • Bei Gangwechselvorgängen muß vor Herausnahme des alten Ganges die Kraftstoffzumeßeinrichtung des Antriebsmotors auf einen Wert gestellt werden, der den ungebremsten Hochlauf der Motordrehzahl in der Schaltpause verhindert. Während des Gangwechsels bis zum Einlegen des neuen Ganges sollte die Motordrehzahl niedrig sein, um den Motor mit einem möglichst niedrigen Kraftstoffverbrauch zu betreiben. Ist der neue Gang eingelegt, sollte die Motordrehzahl in einer normalen Fahrsituation, beispielsweise in der Ebene, genau der Drehzahl entsprechen, mit der die Eingangswelle des Getriebes läuft.-Dies gilt auch dann, wenn z.B. bei Nutzfahrzeugen mit bis zu 16 Gängen beim Schalten ein oder mehrere Gänge übersprungen werden. Diese Betriebsweise bietet den höchsten Fahrkomfort, weil das Wiedereinkuppeln des Motors dann völlig ruckfrei vonstatten geht: Eine Einrichtung, die den Schaltvorgang in der beschriebenen Weise regelt, ist beispielsweise aus der DE-OS 30 45 840 bekannt. Hier ist eine Regelvorrichtung vorgesehen, die den Motor zu Beginn des Schaltvorgangs momentenfrei regelt und nach Abschluß des Schaltvorgangs den Motor auf eine dem neuen Gang zugeordnete Synchrondrehzahl einstellt.
  • Die bekannte Vorrichtung ermöglicht einen weitgehend ruckfreien Gangwechsel. Es ist jedoch erwünscht, zu dem Zeitpunkt, wenn der neue Gang eingelegt wird, eine Motordrehzahl einzustellen, die von der jeweiligen Fahrsituation abhängig ist.
  • Beispielsweise ist es an einer Steigung oder bei einer Kick-down-Schaltung zweckmäßig, den Motor auf eine höhere Drehzahl zu steuern, als die Drehzahl der Eingangswelle des Getriebes beträgt. Dadurch kann das Schwungmoment des Motors vorteilhaft zum Antrieb des Fahrzeugs mit ausgenutzt werden.
  • In einem Gefälle ist es vorteilhaft, die Motordrehzahl zum Zeitpunkt, wenn der neue Gang eingelegt wird, auf eine Drehzahl unterhalb der Drehzahl der Getriebeeingangswelle zu steuern. Das gleiche gilt bei einer Bremsung, und wenn der Fahrer das Gaspedal auf Null gestellt hat. Dadurch kann das Trägheitsmoment des Motors in zweckmäßiger Weise sofort zum Abbremsen des Fahrzeugs ausgenutzt werden.
  • Bei voll beladenem Fahrzeug ist der Geschwindigkeits-Abfall in der Schaltpause aufgrund der größeren trägen Masse weniger groß Auch dies sollte von einer Gassteuereinrichtung berücksichtigt werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die nach einem Gangwechsel eine für die jeweilige Fahrsituation genau angepaßte Motordrehzahl einstellt.
  • Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 enthaltene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Die Zeichnung zeigt in: Figur 1 ein schematisches Blockschaltbild der Gassteuereinrichtung Figur 2 ein Diagramm der Motordrehzahl bei Vollgas und Leerlauf, ausgehend von einer Anfangsdrehzahl Figur 3 ein Diagramm der Motordrehzahl bei einer Runterschaltung Figur 4 ein Diagramm der Motordrehzahl bei einer Hochschaltung.
  • Gemäß Figur 1 besteht der Antriebsstrang eines Fahrzeugs aus einem Motor 1 mit einer Kraftstoffzumeßeinrichtung 29, einer Kupplung 3, einem Getriebe 4 und den angetriebenen Rädern, von denen hier nur ein Rad 6 gezeichnet ist.
  • Mit einem Sensor 2 ist die Motordrehzahl nm meßbar, und mit einem weiteren Sensor 5 die Drehzahl nk der Kardanwelle, also die Getriebeausgangsdrehzahl.
  • Zur Steuerung des Getriebes 4 und der Kupplung 3 dient eine Getriebesteuerung 10. In dieser wird nach vorgegebenen Kriterien, z.B. nach dem Kriterium einer möglichst wirtschaftlichen Fahrweise, ein passendes Übersetzungsverhältnis i bestimmt und im Getriebe 4 über eine Verbindungsleitung eingestellt.
  • Die Schaltung kann automatisch erfolgen, es kann aber auch nur eine Gangempfehlung angezeigt werden. Im letzteren Fall schaltet der Fahrer mit einem Gangwähler 8 den empfohlenen Gang s ein. Während der Schaltung wird automatisch die Kupplung 3 gelöst, und nach der Schaltung wieder eingelegt.
  • Die genaue Funktion der Gangauswahl ist nicht Gegenstand der Erfindung und wird nicht näher erläutert.
  • Bestandteil der Getriebesteuerung 10 ist eine Fahrzustandserfassung 11. Diese erkennt, ob die Straßensteigung p, auf der sich das Fahrzeug befindet, größer als ein Wert a (Kriterium 22) oder kleiner als ein Wert b (Kriterium 23) ist. Auf diese Weise wird erkannt, ob sich das Fahrzeug gerade in einer Steigung (p> a), in der Ebene, oder in einem Gefälle (p4b) befindet. In einem weiteren Kriterium 27 wird geprüft, ob das Fahrzeuggewicht größer ist als ein Wert c, d.h. ob das Fahrzeug beladen-oder leer fährt.
  • Die Ermittlung des Fahrzeuggewichts kann erfolgen, wie in der. älteren Patentanmeldung P 32 46 201.8 vorgeschlagen.
  • In weiteren, schematisch dargestellten Kriterien 28 können z.B. die Werte der Straßen steigung und des Fahrzeuggewichts genauer aufgeschlüsselt werden. Es können auch weitere für den Fahrzustand wichtige Daten, wie z.B. die Stärke der Bremsbetätigung PB, die Stellung y des Fahrpedals, oder ein gewähltes Fahrprogramm, erfaßt werden.
  • Die Fahrzustandserfassung 11 dient im wesentlichen dazu, ungewöhnliche Fahrzustände, d.h. z.B. größere Steigungen. oder Gefälle oder größere Fahrzeuggewichte zu erfassen. Signale über diese Fahrzustände werden über Verbindungsleitungen einer Zieldrehzahlbestimmung 12 mitgeteilt. In der Zeichnung ist dies der Einfachheit halber nur für die Werte der Fahrbahn steigung bzw.
  • des Gefälles dargestellt. Der Zieldrehzahlbestimmung 12 werden weiterhin über Leitungen die Werte des vom Gangwähler 8 gewählten neuen Ganges s, der Fahrbahnsteigung p, des neugewählten Übersetzungsverhältnisses i und der Kardanwellendrehzahl nk mitgeteilt.
  • Die Zieldrehzahlbestimmung 12 dient dazu, eine optimale Drehzahl (Zieldrehzahl nz) zu berechnen, welche der Motor beim Wiedereinkuppeln haben sollte. Diese Zieldrehzahl nz stimmt nur in Sonderfällen mit der Synchrondrehzahl überein.
  • Falls kein besonderer Fahrzustand vorliegt, gibt ein UND-Glied 21, an dessen negierten Eingängen die Kriterien p> a (Steigung) p< b (Gefälle), Bremslichtschalter 9 (Bremsung) oder Leerlaufschalter 24 (Leerlauf) anliegen, ein Signal ab. Mit diesem Signal wird bewirkt, daß die Zieldrehzahl nz nach der Formel n = i -(nk - P T ) z k u berechnet wird (Kriterium 20).
  • In dieser Gleichung bedeuten: nz = Zieldrehzahl i = neues Übersetzungsverhältnis nk = Drehzahl der Kardanwelle p = Straßensteigung Tu = Umschaltzeit des Getriebes 4 Die Umschaltzeit T wird der Zieldrehzahlbestimmung 12 u aus einem Umschaltzeit-Geber 26mitgeteilt. Die Umschaltzeit hat je nachdem die Schaltung mit oder ohne Gassenwechsel vonstatten geht, zwei feste Werte.
  • Für den Sonderfall p = 0, also in der Ebene, ergibt das Kriterium 20 mit n = 1 bk z einen Wert für die Zieldrehzahl, welche der Synchrondrehzahl entspricht.
  • Die Zieldrehzahlbestimmung 12 enthält weiterhin ein Kriterium 18 mit nz = i (nk - p Tu) + na Hierin ist na ein fester Drehzahlwert, welcher dem Wert nach dem Kriterium 20 hinzuaddiert wird. Das Kriterium 18 wird dann angesteuert, wenn die Straßensteigung p größer ist als a ist, sich das Fahrzeug also auf einer Steigung befindet. Ferner wird das Kriterium 18 dann angesteuert, wenn der Kick-down-Schalter 25 betätigt ist. In diesen beiden Fällen ist es günstig, wenn die Motordrehzahl beim Wiedereinkuppeln über der Getriebedrehzahl liegt, um den Schwung des Motors zur Beschleunigung auszunutzen.
  • Ein drittes Kriterium. 19 der Zieldrehzahlbestimmung 12 lautet nz = i (nk - p Tu) - nb.
  • In diesem Fall wird also vom Ergebnis nach dem Kriterium 20 eine feste Drehzahl nb subtrahiert. Das Kriterium 19 wird dann angesteuert, wenn p< b ist, sich das Fahrzeug also in einem Gefälle befindet, wenn der Bremslichtschalter 9.betätigt ist, der Fahrer also gerade bremst, oder wenn der Leerlaufschalter 24 betätigt ist.
  • In den genannten Fällen ist es günstig, wenn beim Einkuppeln die Motordrehzahl unter der Synchrondrehzahl liegt, da dann die Bremswirkung des Motors sofort ausgenutzt werden kann.
  • Der Wert der so ermittelten Zieldrehzahl n wird im folz genden einer Zieldrehzahlsteuerung 13 zugeführt. Wichtigstes Bauteil der Zieldrehzahlsteuerung 13 ist eine Motorsteuerung 15. Diese dient zur Steuerung der Kraftstoffzumeßeinrichtung 29, derart, daß am Ende des Schaltvorgangs beim Wiedereinkuppeln der Kupplung 3 der Motor 1 die Zieldrehzahl n aufweist. Hierzu muß z der Motor, ausgehend von einer Anfangsdrehzahl no beim Öffnen der Kupplung, bei einer Runterschaltung beschleunigt werden und bei einer Hochschaltung verlangsamt werden.
  • In der Figur 2 ist dargestellt, wie sich dieMotordrehzahl.nm im Schaltfall, also ohne Last, über der Zeit t ändert. Wenn der-Motor für eine Runterschaltung, mit Vollgas beschleunigt wird, ist nach einer Zeit T,t die Zieldrehzahl nz erreicht. Die Zeit Tt wird als Drehzahlanpaßzeit bezeichnet. Bei einer Hochsc.haltung vermindert sich die Motordrehzahl (Gas = 0) bis ebenfalls nach einer Drehzahlanpaßzeit Tt die Zieldrehzahl n z erreicht ist. Die Steigungen der beiden Kurven sind mit T und T bezeichnet. Wie man aus dem Diagramm n b erkennt, dauert es bei der'Hochschaltung länger, bis die Zieldrehzahl n erreicht ist. Hierbei kann evenz tuell durch entsprechende Maßnahmen, z.B. Einlegung einer Abgasklappe, die Drehzahlanpaßzeit verringert werden. In beiden Fällen beginnt die Drehzahländerung bei einer Anfangsdrehzahl n . Dies ist die Drehzahl, 0 welche der Motor vor dem Auskuppeln hatte.
  • -In Figur 3 ist die Motordrehzahl n über der Zeit t für eine Runterschaltung dargestellt. Eine solche Schaltung läßt sich aufteilen in die folgenden Schritte. Zunächst wird vorder Getriebesteuerung 10 der neue, kleinere Gang errechnet und dem Fahrer mittels einer Anzeige vorgeschlagen. Dieser wählt den neuen Gang mit dem' Gangwähler 8. Vom Gangwähler 8 geht der Schaltbefehl mit dem neuen Gang s an die Getriebesteuerung 10.
  • Gleichzeitig wird der Motor 1 von der Motorsteuerung 15 momentenfrei gesteuert, so daß beim Trennen der Kupplung 3 die alte Motordrehzahl nO erhalten bleibt.
  • Nach dem Trennen der Kupplung 3 erfolgt im Getriebe 4 die Gangumschaltung, also das Einlegen des neuen, kleineren Ganges.. Dieser Vorgang dauert eine Zeit Tu Nach Ablauf einer Wartezeit T wird der Motor 1 mit Volla gas angesteuert. Die Berechnung der Zeit Ta wird im folgenden noch näher erläutert. Der Motor dreht dann mit Vollgas hoch, bis nach der Drehzahlanpaßzeit Tt die Zieldrehzahl n erreicht ist. In diesem Zeitz punkt kuppelt die Kupplung 3 wieder ein und der neue Gang-ist eingelegt.
  • Wesentlich ist, daß nach Ablauf der Zeit T der späa testmögliche Zeitpunkt erreicht ist, zu dem die Motoransteuerung noch erfolgen kann. Durch die relativ lange Wartezeit Ta mit niedriger Drehzahl und dem anschließenden Hochlauf mit Vollgas erfordert die Schaltung eine minimale Kraftstoff-Menge.
  • Der Verlauf einer Hochschaltung ist in Figur 4 dargestellt. Nach Berechnung des neuen, höheren Ganges in der Getriebesteuerung 10 und der Wahl dieses Ganges mittels des Gangwählers 8 wird zunächst der Motor 1 wiederum momentenfrel gesteuert. Nach dem Trennen der Kupplung 3 vergeht eine Wartezeit Ta bis zum Ansteuern des Motors 1. Die Zeit Ta ist in diesem Falle erheblich kürzer als im Diagramm der Figur 3. Nach Ablauf der Zeit Ta wird der Motor 1 auf Leerlauf gesteuert. Daraufhin sinkt während der Drehzahlanpaßzeit Tt die Motordrehzahl auf die Zieldrehzahl n z ab. Anschließend wird wieder eingekuppelt.
  • Die gesamte Umschaltzeit Tu des Schaltvorganges ist, wie bereits erwähnt, bekannt und konstant. Sie beträgt etwa 0,8 Sekunden. Die Zeit Ta s also die Zeit bis zum Beginn der Motoransteuerung, wird in der Zieldrehzahlsteuerung 13 berechnet. Hierzu wird zunächst einer Einheit 16 die Drehzahlanpaßzeit Tt des Motors 1 berechnet. Diese ist im Fall einer Hochschaltung T =T (n - n t h o z und in Fall einer Runterschaltung Tt= Tb (n - nz).
  • Die Werte Th und Tb sind in diesen Gleichungen Konstanten, welche die Steigung der Drehzahl-Kurve ohne Last beim Hochschalten, also ohne Gas, oder beim Runterschalten, also mit Vollgas, beschreiben (vergleiche Figur 2).
  • Ob es sich um eine Hoch- oder eine Runterschaltung handelt, erkennt die Einheit 16 aus einem Vergleich von Anfangsdrehzahl nO und Zieldrehzahl nz. Um den Start der Wartezeit Ta erkennen zu können, wird der Zieldrehzahlsteuerung 13 das Signal s des Gangwählers 8 zugeführt.
  • Wie man aus den Figuren 3 und 4 erkennt, läßt sich die gesuchte Wartezeit Ta durch Differenzbildung aus der gesamten Umschaltzeit Tu und der Drehzahlanpaßzeit Tt errechnen. Diese Berechnung erfolgt nach der Formel Ta = Tu- Tt in einer zweiten Einheit 17. Der Wert der so berechneten Wartezeit Ta wird der Motorsteuerung 15 mitgeteilt. Der Wert der Umschaltzeit Tu wird der Einrichtung 17 aus dem Umschaltzeitgeber 26 mitgeteilt.
  • Nachdem nun die für die Motorsteuerung nötigen Zeiten berechnet sind, kann die Motorsteuerung 15 über die Kraftstoffzumeßeinrichtung 29 im oben beschriebenen Sinne während der Schaltpause die Drehzahl des Motors 1 anpassen. Die Drehzahlanpassung des Motors 1 an die Zieldrehzahl n z erfolgt durch die Motorsteuerung 15 zunächst vorteilhaft mittels der beschriebenen Steuerung. Hierdurch erfolgt zunächst eine schnelle, aber grobe Anpassung an die Zieldrehzahl nz. Eine genauere Anpassung kann anschließend mit einem Soll-Istwert-Regler vorgenommen werden.
  • Der Vorteil dieser zweistufigen Drehzahlanpassung liegt darin, daß der gewünschte Endwert n z ohne Überschwingen schnell erreicht wird.
  • Die für die Drehzahlregelung benötigte Stellung y der Kraftstoffzumeßeinrichtung 29 für die Zieldrehzahl nz kann die Motorsteuerung 15 aus einem Motorkennfeld 14 abfragen. In diesem Kennfeld ist die Stellung y der Kraftstoffzumeßeinrichtung 29 über der Motordrehzahl nm für die Betriebsart Belastung gleich Null enthalten.
  • Das Ausgangssignal der Motorsteuerung 15 überspielt in der Kraftstoffzumeßeinrichtung 29 das Signal y des Fahrpedals 7. Der Fahrer kann deshalb während der Schaltung die Gasstellung beibehalten.
  • Die Schaltung nach Figur 1 ist analog, digital, oder mit Mikrocomputern realisierbar.
  • - Leerseite -

Claims (12)

  1. Patentansprüche 1. Gassteuereinrichtung für einen Antriebsmotor eines Kraftfahrzeuges zur Anpassung der Motordrehzahl an die neue Getriebedrehzahl bei einem Gangwechsel, dadurch-gekennzeichnet, der der Motor (1) während des Gangwechsels auf eine Zieldrehzahl nz gebracht wird, die je.nachFahrzustand des Kraftfahrzeugs von der Drehzahl der Getriebeeingangswelle (Synchrondrehzahl) abweicht oder mit dieser übereinstimmt.
  2. 2. Gassteuereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) es ist eine Getriebesteuerung (10) mit einer Fahrzustandserfassung (11) vorgesehen, wobei die Fahrzustandserfassung-(ll) mindestens einen der Parameter Fahrbahnsteigung bzw. - gefälle p, Fahrzeuggewicht G, Bremsung, Gasstellung y und Fahrprogramm erfaßt; b) es ist eine Zieldrehzahlbestimmung (12) vorgesehen, der die Parameter der Fahrzustandserfassung (11) zugeführt sind, und der weiter das neue Übersetzungsverhältnis i, die Kardanwellendrehzahl nk, die Fahrbahnsteigung p und die Umschaltzeit des Getriebes Tu zugeführt sind, und die aus diesen Werten die Zieldrhzahl nz berechnet; c) es ist eine Zieldrehzahlsteuerung (13) vorgesehen, welche eine Kraftstoffzumeßeinrichtung (29) derart ansteuert, daß beim Schliessen der Kupplung (3) der Motor (1) die Zieldrehzahl nz aufweist.
  3. 3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zieldrehzahlbestimmung (12) die Zieldrehzahl n für die Ebene oder für eine geringe Fahrbahnsteigung bzw. ein geringe.s Fahrbahngefälle berechnet wird nach der Formel nz =i(nk pT ) worin n = Zieldrehzahl i = neues Übersetzungsverhältnis nk = Kardanwellendrehzahl = = Fahrbahnsteigung Tu = Umschaltzeit des Getriebes
  4. 4. Gassteuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zieldrehzahlbestimmung (12) die Zieldrehzahl nz für eine stärkere Fahrbahnsteigung oder bei betätigtem Kick-down-Schalter (25) berechnet wird nach der Formel z i (nk P p Tu) + na wobei na = Drehzahl-Korrekturwert
  5. 5. Gassteuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zieldrehzahlbestimmung (12) die Zieldrehzahl nz für ein stärkeres Gefälle oder bei Leerlauf oder bei Bremsung berechnet wird nach der Formel nz = i (nk - p Tu) - nb wobei nb = Drehzahl-Korrekturwert
  6. 6. Gassteuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die-Zieldrehzahlsteuerung (13) eine erste Einrichtung (16) aufweist, in der die Steigungswerte der Motordrehzahl für das Hochlaufen Th und für das Runterlaufen Tb gespeichert sind, und in der eine Drehzahlanpaßzeit Tt für den Motor (1) errechnet wird nach den Formeln Tt = Tu (nO n nz) (Hochschaltung) Tt = Tb (nO - nz) (Runterschaltung) wobei n0 = Anfangsdrehzahl des Motors zum Zeitpunkt der Kupplungstrennung.
  7. 7. Gassteuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zieldrehzahlsteuerung (13) eine zweite Einrichtung (17) aufweist, in welcher eine Wartezeit Ta bis zur Ansteuerung des Motors (1) berechnet wird nach der Formel.
  8. Ta. u Tt 8. Gassteuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß- die Zieldrehzahlsteuerung.(13) einen Umschaltzeit-Geber (26) aufweist, welcher Umschaltzeiten T des Getriebes (4) an die zweite u Einrichtung (17) und an die Zieldrehzahlbestimmung (12) abgibt.
  9. 9. Gassteuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zieldrehzahlsteuerung (13) einen Kennfeldspeicher (14) aufweist, in welchem die Gasstellung y der Motordrehzahl nm für unbelasteten Betrieb zugeordnet ist, und welcher die Gasstellung y, die der Drehzahl nz zugeordnet ist, an die Motorsteuerung (15) abgibt.
  10. 10. Gassteuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Motorsteuerung (15) der Motor (1) unter Umgehung des Fahrpedals (7) steuerbar ist.
  11. 11. Gassteuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorsteuerung (15) eine Steuereinrichtung enthält, die den Motor (1) nach Ablauf der Wartezeit Ta während der Drehzahlanpaßzeit Tt auf die Zieldrehzahl nz fährt.
  12. 12. Gassteuereinrichtung nac.h Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorsteuerung (15) einen Soll-Istwert-Regler aufweist, welcher die Motordrehzahl nm auf die Zieldrehzahl nz einregelt.
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