DE3334711C2

DE3334711C2 -

Info

Publication number: DE3334711C2
Application number: DE3334711A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Wabco Westinghouse Fahrzeugbremsen GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 1983-09-26
Filing date: 1983-09-26
Publication date: 1992-09-17
Also published as: DE3334711A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für einen Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung befaßt sich hauptsächlich mit Gangwechsel vorgängen bei einem Getriebe mit mechanischer Synchro nisation.

Bei Gangwechselvorgängen muß vor Herausnahme des al ten Ganges die Kraftstoffzumeßeinrichtung des Antriebs motors auf einen Wert gestellt werden, der den unge bremsten 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 Kraftstoff verbrauch zu betreiben. Ist der neue Gang eingelegt, sollte die Motordrehzahl in einer normalen Fahrsitua tion, beispielsweise in der Ebene, genau der Drehzahl entsprechen, mit der die Eingangswelle des Getriebes läuft. Dies gilt auch dann, wenn z. B. bei Nutzfahrzeu gen 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 be schriebenen Weise regelt, ist beispielsweise aus der DE 30 45 840 A1 bekannt. Hier ist eine Regelvorrichtung vorgesehen, die den Motor zu Beginn des Schaltvorgangs momentenfrei regelt und nach Abschluß des Schaltvor gangs 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 Fahr situation 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 Ein gangswelle 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 Getriebeein gangswelle zu steuern. Das gleiche gilt bei einer Brem sung, und wenn der Fahrer das Gaspedal auf Null ge stellt hat. Dadurch kann das Trägheitsmoment des Mo tors in zweckmäßiger Weise sofort zum Abbremsen des Fahr zeugs ausgenutzt werden.

Bei voll beladenem Fahrzeug ist der Geschwindigkeits- Abfall in der Schaltpause auf Grund der größeren trägen Masse weniger groß. Auch dies sollte von einer Steuer einrichtung berücksichtigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrich tung 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 ent haltene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausführungsbei spiele und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild der Gassteuer einrichtung,

Fig. 2 ein Diagramm der Motordrehzahl bei Vollgas und Leerlauf, ausgehend von einer Anfangsdrehzahl,

Fig. 3 ein Diagramm der Motordrehzahl bei einer Run terschaltung,

Fig. 4 ein Diagramm der Motordrehzahl bei einer Hoch schaltung.

Gemäß Fig. 1 besteht der Antriebsstrang eines Fahrzeugs aus einem Motor 1 mit einer Kraftstoffzumeßeinrichtung 29, einer Kupplung 3, einem Getriebe 4 und den ange triebenen Rädern, von denen hier nur ein Rad 6 ge zeichnet ist.

Mit einem Sensor 2 ist die Motordrehzahl n_m meßbar, und mit einem weiteren Sensor 5 die Drehzahl n_k der Kardanwelle, also die Getriebeausgangsdrehzahl.

Zur Steuerung des Getriebes 4 und der Kupplung 3 dient eine Getriebesteuerung 10. In dieser wird nach vorge gebenen Kriterien, z. B. nach dem Kriterium einer mög lichst wirtschaftlichen Fahrweise, ein passendes Über setzungsverhältnis 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 Gegen stand der Erfindung und wird nicht näher erläutert.

Bestandteil der Getriebesteuerung 10 ist eine Fahrzu standserfassung 11. Diese erkennt, ob die Straßenstei gung 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 (p<b) befindet. In einem weiteren Kriterium 27 wird geprüft, ob das Fahr zeuggewicht größer ist als ein Wert c, d. h. ob das Fahrzeug beladen oder leer fährt.

Die Ermittlung des Fahrzeuggewichts kann erfolgen, wie in der nicht vorveröffentlichten DE 32 46 201 A1 vorge schlagen.

In weiteren, schematisch dargestellten Kriterien 28 können z. B. die Werte der Straßensteigung und des Fahrzeuggewichts genauer aufgeschlüsselt werden. Es können auch weitere für den Fahrzustand wichtige Daten, wie z. B. die Stärke der Bremsbetätigung P_B, die Stel lung y des Fahrpedals, oder ein gewähltes Fahrprogramm, erfaßt werden.

Die Fahrzustandserfassung 11 dient im wesentlichen da zu, ungewöhnliche Fahrzustände, d. h. z. B. größere Stei gungen 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 Fahrbahnsteigung bzw. des Gefälles dargestellt. Der Zieldrehzahlbestimmung 12 werden weiterhin über Leitungen die Werte des vom Gangwähler 8 gewählten neuen Ganges s, der Fahrbahn steigung p, des neugewählten Übersetzungsverhältnisses i und der Kardanwellendrehzahl n_k mitgeteilt.

Die Zieldrehzahlbestimmung 12 dient dazu, eine opti male Drehzahl (Zieldrehzahl n_z) zu berechnen, welche der Motor beim Wiedereinkuppeln haben sollte. Diese Zieldrehzahl n_z stimmt nur in Sonderfällen mit der Synchrondrehzahl überein.

Falls kein besonderer Fahrzustand vorliegt, gibt ein UND-Glied 21, an dessen negierten Eingängen die Kri terien p<a (Steigung) p<b (Gefälle), Bremslicht schalter 9 (Bremsung) oder Leerlaufschalter 24 (Leer lauf) anliegen, ein Signal ab. Mit diesem Signal wird bewirkt, daß die Zieldrehzahl n_z nach der Formel

n_z = i (n_k - p · T_u),

berechnet wird (Kriterium 20).

In dieser Gleichung bedeuten:
n_z = Zieldrehzahl
i = neues Übersetzungsverhältnis
n_k = Drehzahl der Kardanwelle
p = Straßensteigung
T_u = Umschaltzeit des Getriebes 4

Die Umschaltzeit T_u wird der Zieldrehzahlbestimmung 12 aus einem Umschaltzeit-Geber 26 mitgeteilt. Die Um schaltzeit 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_z = i · n_k

einen Wert für die Zieldrehzahl, welche der Synchron drehzahl entspricht.

Die Zieldrehzahlbestimmung 12 enthält weiterhin ein Kriterium 18 mit

n_z = i (n_k - p T_u) + n_a

Hierin ist n_a ein fester Drehzahlwert, welcher dem Wert nach dem Kriterium 20 hinzuaddiert wird. Das Kriterium 18 wird dann angesteuert, wenn die Straßen steigung p größer als a ist, sich das Fahrzeug also auf einer Steigung befindet. Ferner wird das Kriterium 18 dann angesteuert, wenn der Kick-down-Schalter 25 be tätigt 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

n_z = i (n_k - p T_u) - n_b.

In diesem Fall wird also vom Ergebnis nach dem Kriterium 20 eine feste Drehzahl n_b substrahiert. Das Kriterium 19 wird dann angesteuert, wenn p<b ist, sich das Fahr zeug also in einem Gefälle befindet, wenn der Brems lichtschalter 9 betätigt ist, der Fahrer also gerade bremst, oder wenn der Leerlaufschalter 24 betätigt ist. In den genannten Fällen ist es günstig, wenn beim Ein kuppeln die Motordrehzahl unter der Synchrondrehzahl liegt, da dann die Bremswirkung des Motors sofort aus genutzt werden kann.

Der Wert der so ermittelten Zieldrehzahl n_z wird im fol genden einer Zieldrehzahlsteuerung 13 zugeführt. Wichtig stes Bauteil der Zieldrehzahlsteuerung 13 ist eine Motorsteuerung 15. Diese dient zur Steuerung der Kraft stoffzumeßeinrichtung 29, derart, daß am Ende des Schaltvorgangs beim Wiedereinkuppeln der Kupplung 3 der Motor 1 die Zieldrehzahl n_z aufweist. Hierzu muß der Motor, ausgehend von einer Anfangsdrehzahl n_o beim Öffnen der Kupplung, bei einer Runterschaltung beschleu nigt werden und bei einer Hochschaltung verlangsamt werden.

In der Fig. 2 ist dargestellt, wie sich die Motordreh zahl n_m 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 n_z erreicht. Die Zeit T_t wird als Dreh zahlanpaßzeit bezeichnet. Bei einer Hochschaltung ver mindert sich die Motordrehzahl (Gas = 0) bis ebenfalls nach einer Drehzahlanpaßzeit T_t die Zieldrehzahl n_z erreicht ist. Die Steigungen der beiden Kurven sind mit T_n und T_b bezeichnet. Wie man aus dem Diagramm erkennt, dauert es bei der Hochschaltung länger, bis die Zieldrehzahl n_z erreicht ist. Hierbei kann even tuell durch entsprechende Maßnahmen, z. B. Einlegung einer Abgasklappe, die Drehzahlanpaßzeit verringert werden. In beiden Fällen beginnt die Drehzahländerung bei einer Anfangsdrehzahl n_o. Dies ist die Drehzahl, welche der Motor vor dem Auskuppeln hatte.

In Fig. 3 ist die Motordrehzahl n_m über der Zeit t für eine Runterschaltung dargestellt. Eine solche Schaltung läßt sich aufteilen in die folgenden Schritte. Zunächst wird von der 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 n_o erhalten bleibt. Nach dem Trennen der Kupplung 3 erfolgt im Getriebe 4 die Gangumschaltung, also das Einlegen des neuen, klei neren Ganges. Dieser Vorgang dauert eine Zeit T_u. Nach Ablauf einer Wartezeit T_a wird der Motor 1 mit Voll gas angesteuert. Die Berechnung der Zeit T_a wird im folgenden noch näher erläutert. Der Motor dreht dann mit Vollgas hoch, bis nach der Drehzahlanpaßzeit T_t die Zieldrehzahl n_z erreicht ist. In diesem Zeit punkt kuppelt die Kupplung 3 wieder ein und der neue Gang ist eingelegt.

Wesentlich ist, daß nach Ablauf der Zeit T_a der spä testmögliche Zeitpunkt erreicht ist, zu dem die Motor ansteuerung noch erfolgen kann. Durch die relativ lange Wartezeit T_a mit niedriger Drehzahl und dem anschlie ßenden Hochlauf mit Vollgas erfordert die Schaltung eine minimale Kraftstoff-Menge.

Der Verlauf einer Hochschaltung ist in Fig. 4 darge stellt. 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 momentenfrei gesteuert. Nach dem Trennen der Kupplung 3 vergeht eine Wartezeit T_a bis zum An steuern des Motors 1. Die Zeit T_a ist in diesem Falle erheblich kürzer als im Diagramm der Fig. 3. Nach Ab lauf der Zeit T_a wird der Motor 1 auf Leerlauf gesteu ert. Daraufhin sinkt während der Drehzahlanpaßzeit T_t die Motordrehzahl auf die Zieldrehzahl n_z ab. An schließend wird wieder eingekuppelt.

Die gesamte Umschaltzeit T_u des Schaltvorganges ist, wie bereits erwähnt, bekannt und konstant. Sie beträgt etwa 0,8 Sekunden. Die Zeit T_a, also die Zeit bis zum Beginn der Motoransteuerung, wird in der Zieldrehzahlsteuerung 13 berechnet. Hierzu wird zunächst in einer Einheit 16 die Drehzahlanpaßzeit T_t des Motors 1 berechnet. Diese ist im Fall einer Hochschaltung

T_t = T_h · (n_o - n_z)

und in Fall einer Runterschaltung

T_t = T_b · (n_o - n_z).

Die Werte T_h und T_b sind in diesen Gleichungen Kon stanten, welche die Steigung der Drehzahl-Kurve ohne Last beim Hochschalten, also ohne Gas, oder beim Run terschalten, also mit Vollgas, beschreiben (vergleiche Fig. 2).

Ob es sich um eine Hoch- oder eine Runterschaltung han delt, erkennt die Einheit 16 aus einem Vergleich von Anfangdrehzahl n_o und Zieldrehzahl n_z. Um den Start der Wartezeit T_a erkennen zu können, wird der Ziel drehzahlsteuerung 13 das Signal s des Gangwählers 8 zugeführt.

Wie man aus den Fig. 3 und 4 erkennt, läßt sich die gesuchte Wartezeit T_a durch Differenzbildung aus der gesamten Umschaltzeit T_u und der Drehzahlanpaßzeit T_t errechnen. Diese Berechnung erfolgt nach der Formel

T_a = T_u - T_t,

in einer zweiten Einheit 17. Der Wert der so berech neten Wartezeit T_a wird der Motorsteuerung 15 mitge teilt. Der Wert der Umschaltzeit T_u wird der Einrich tung 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 Steue rung. Hierdurch erfolgt zunächst eine schnelle, aber grobe Anpassung an die Zieldrehzahl n_z. 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 Über schwingen schnell erreicht wird.

Die für die Drehzahlregelung benötigte Stellung y der Kraftstoffzumeßeinrichtung 29 für die Zieldrehzahl n_z kann die Motorsteuerung 15 aus einem Motorkennfeld 14 abfragen. In diesem Kennfeld ist die Stellung y der Kraftstoffzumeßeinrichtung 29 über der Motordrehzahl n_m für die Betriebsart Belastung gleich Null enthalten.

Das Ausgangssignal der Motorsteuerung 15 überspielt in der Kraftstoffzumeßeinrichtung 29 das Signal y des Fahr pedals 7. Der Fahrer kann deshalb während der Schaltung die Gasstellung beibehalten.

Die Schaltung nach Fig. 1 ist analog, digital, oder mit Mikrocomputern realisierbar.

Claims

1. Steuereinrichtung für einen Antriebsmotor (1) eines Kraft fahrzeuges, wobei mittels einer Kraftstoffzumeßeinrichtung (29) während eines Gangwechsels die Motordrehzahl beeinflußt wird, indem eine von einem im Getriebe (4) einzuschaltenden neuen Übersetzungsverhältnis abhängige Zieldrehzahl eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Motor (1) und Getriebe (4) eine Kupplung (3) vorgesehen ist, daß die Beeinflussung der Motordrehzahl im ausgekuppelten Zustand erfolgt, daß die einzustellende Zieldrehzahl im weiteren von den Fahrzustand des Kraftfahrzeuges kennzeichnenden Parametern bestimmt ist und daß die Zieldrehzahl beim Schließen der Kupplung (3) anliegt.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) es ist eine Getriebesteuerung (10) mit einer Fahr zustandserfassung (11) vorgesehen, wobei die Fahr zustandserfassung (11) mindestens einen der Para meter Fahrbahnsteigung bzw. -gefälle p, Fahrzeug gewicht G, Bremsung, Gasstellung y und Fahrprogramm erfaßt;
b) es ist eine Zieldrehzahlbestimmung (12) vorge sehen, der die Parameter der Fahrzustandserfassung (11) zugeführt sind, und der weiter das neue Über setzungsverhältnis i, die Kardanwellendrehzahl n_k, die Fahrbahnsteigung p und die Umschaltzeit des Getriebes T_u zugeführt sind, und die aus die sen Werten die Zieldrehzahl n_z berechnet;
c) es ist eine Zieldrehzahlsteuerung (13) vorgesehen, welche eine Kraftstoffzumeßeinrichtung (29) der art ansteuert, daß beim Schließen der Kupplung (3) der Motor (1) die Zieldrehzahl n_z aufweist.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch ge kennzeichnet, daß in der Zieldrehzahlbestimmung (12) die Zieldrehzahl n_z für die Ebene oder für eine ge ringe Fahrbahnsteigung bzw. ein geringes Fahrbahn gefälle berechnet wird nach der Formel n_z = i (n_k - pT_u)worin
n_z = Zieldrehzahl
i = neues Übersetzungsverhältnis
n_k = Kardanwellendrehzahl
p = Fahrbahnsteigung
T_u = Umschaltzeit des Getriebes

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zieldrehzahlbestimmung (12) die Zieldrehzahl n_z für eine stärkere Fahrbahn steigung oder bei betätigtem Kick-down-Schalter (25) berechnet wird nach der Formel n_z = i (n_k - p · T_u) + n_awobei
n_a = Drehzahl-Korrekturwert

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zieldrehzahlbestimmung (12) die Zieldrehzahl n_z für ein stärkeres Gefälle oder bei Leerlauf oder bei Bremsung berechnet wird nach der Formel n_z = i (n_k - p T_u) - n_bwobei n_b = Drehzahl-Korrekturwert.

6. Steuereinrichtung 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 T_h und für das Runterlaufen T_b gespeichert sind, und in der eine Drehzahlanpaßzeit T_t für den Motor (1) errechnet wird nach den Formeln T_t = T_u · (n_o - n_z) (Hochschaltung)T_t = T_b · (n_o - n_z) (Runterschaltung)wobei n_o = Anfangsdrehzahl des Motors zum Zeitpunkt der Kupplungstrennung.

7. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zieldrehzahlsteuerung (13) eine zweite Einrichtung (17) aufweist, in welcher eine Wartezeit T_a bis zur Ansteuerung des Motors (1) berechnet wird nach der Formel T_a = T_u - T_t.

8. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zieldrehzahlsteuerung (13) einen Umschaltzeit-Geber (26) aufweist, welcher Umschaltzeiten T_u des Getriebes (4) an die zweite Einrichtung (17) und an die Zieldrehzahlbestimmung (12) abgibt.

9. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zieldrehzahlsteuerung (13) einen Kennfeldspeicher (14) aufweist, in welchem die Gasstellung y der Motordrehzahl n_m für unbe lasteten Betrieb zugeordnet ist, und welcher die Gasstellung y, die der Drehzahl n_z zugeordnet ist, an die Motorsteuerung (15) abgibt.

10. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Motorsteuerung (15) der Motor (1) unter Umgebung des Fahrpedals (7) steuerbar ist.

11. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorsteuerung (15) eine Steuereinrichtung enthält, die den Motor (1) nach Ablauf der Wartezeit T_a während der Drehzahlanpaß zeit T_t auf die Zieldrehzahl n_z fährt.

12. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorsteuerung (15) einen Soll-Istwert-Regler aufweist, welcher die Motordreh zahl n_m auf die Zieldrehzahl n_z einregelt.