DE3714201C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Verminderung des Lastwechselstoßes an einem von einer Maschine angetriebenen Fahrzeug mit einem zwischen der Maschine und dem übrigen Fahrzeug angeordneten Antriebsstrang, wobei die Leistungsabgabe der Maschine von einem Steuersignal bestimmt wird, das von einem Fahrsignal abgeleitet wird, wobei eine zeitliche Änderung des Fahrsignals zunächst eine vorübergehende stärkere Änderung des Steuersignals auslöst als es einem zwar geänderten aber zeitlich konstanten Fahrsignal eigentlich entspricht (Übersteuerung des Steuersignals).

Aus der DE-OS 35 26 409 ist eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung zur Vermeidung ruckartiger Drehmomentänderungen im Antriebsstrang eines mit einer Brennkraftmaschine ausgerüsteten Fahrzeugs bekannt geworden, bei der als Kriterium dafür, ob Drehmomentänderungen bei einem Lastwechsel mit Änderung der Leistungsflußrichtung im Antriebsstrang auftreten oder nicht, die Ableitung der jeweiligen Drehzahl der Brennkraftmaschine herangezogen wird und dabei ermittelt wird, ob diese Drehzahländerung einen im normalen Maschinenbetrieb nicht erreichten Schwellenwert erreicht oder nicht.

Aus der DE-OS 28 33 792 ist schon ein Verfahren bekannt, welches zu der eingangs bezeichneten Gattung gerechnet werden kann. Und zwar wird dort anhand der Fig. 3 beschrieben, daß bei Betätigung des Gaspedales zur Beschleunigung des Fahrzeuges die Drosselklappe zunächst in Richtung noch größerer Leistungsanforderungen an die Brennkraftmaschine verstellt wird, als es der Auslenkung des Gaspedales eigentlich entspricht.

Diese zusätzliche Auslenkung der Drosselklappe soll sich dann im Verlaufe der Zeit wieder abbauen. Wie in dieser genannten Veröffentlichung jedoch eingangs beschrieben wird, wird dabei nur derjenige Lastwechselstoß beeinflußt, der dadurch entsteht, daß die Brennkraftmaschine zunächst für kurze Zeit nahezu ohne Gegenkraft arbeitet und nach dem Ausgleich der Lagerspiele und dem Aufbau der elastischen Gegenkräfte im Antriebssystem plötzlich unter Last kommt. Indes ist nicht allein dieser erste Lastwechselstoß zu besorgen, sondern die auch darauf folgenden Rückschwingungen des Fahrzeuges. Dabei ist zu berücksichtigen, daß sich eine entsprechende Problematik auch beim beabsichtigten Abbremsen des Fahrzeuges durch plötzliche Zurücknahme des Gaspedales stellt.

Am Ende der Beschreibung in der DE-OS 28 33 792 wird auch schon darauf hingewiesen, daß sich die dortige Lehre mit einem sogenannten elektronischen Gaspedal besonders gut realisieren lassen müßte. Ein solches Gaspedal würde nicht mehr mechanisch in die Leistungsverstellung eingreifen, sondern einer Steuerelektronik den Leistungssollwert vorgeben. Die Steuerelektronik könnte nun so programmiert sein, daß bei einem Lastwechsel, der z. B. aus dem vorgegebenen Sollwert und der anschließenden Änderungsgeschwindigkeit des Sollwertes beim Beschleunigen erkannt wird, zur Vermeidung des Lastwechselstoßes die Leistungsanforderung an die Brennkraftmaschine schnell um einen kleinen Betrag erhöht und kurze Zeit annähernd konstant gehalten wird. Wie gesagt, erscheint dies jedoch zur Vermeidung der Rückschwingungen infolge des ersten Lastwechselstoßes nicht geeignet.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung so fortzubilden, daß es nicht nur den ersten Lastwechselstoß, sondern den Lastwechselstoß insgesamt, also einschließlich der nachfolgenden Rückschwingungen möglichst ausmerzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf diese Übersteuerung des Steuersignales eine vorübergehende zu ihr gegensinnige Änderung des Steuersignals folgt, die stärker ist, als es dem zwar geänderten aber zeitlich konstanten Fahrsignal eigentlich entspricht (Untersteuerung des Steuersignales). In dem bezeichneten Stand der Technik nach der DE-OS 28 33 792 ist das Steuersignal stets mindestens so groß wie der Wert, der dem zwar geänderten aber zeitlich konstanten Fahrsignal eigentlich entspricht; das Steuersignal ist allenfalls größer, nämlich dann, wenn bei einer hinreichend charakteristischen Zunahme des Fahrsignales die zusätzliche Öffnung der Drosselklappe bewirkt wird. Im Sinne der Erfindung hingegen wird verlangt, daß eine solche zunächst übergroße Öffnung der Drosselklappe nicht nur einfach wieder rückgängig gemacht wird, wie in der DE-OS 28 33 792, sondern darüber hinaus noch die Drosselklappe weiter geschlossen wird, als es der Stellung des Fahrsignales bzw. des Gaspedales eigentlich entspricht. Erst von dieser zusätzlichen Schließung der Drosselklappe nachfolgend wird dann schließlich der normale Öffnungsgrad dieser Drosselklappe eingestellt.

Insbesondere zweckmäßig ist, daß für eine Änderung des Fahrsignales während der Zeit T die Änderung des Steuersignales Δ S einen Zeitverlauf während der Zeit t=0 bis T hat, der im wesentlichen der Formel

folgt, und dann konstant bleibt, worin x=t/T und ω₀ die niedrigste Lastwechseleigenfrequenz des Fahrzeuges ist. Damit ist eine im wesentlichen recht einfache Kennlinie für den zeitlichen Verlauf des Steuersignales in Abhängigkeit einer zeitlichen Änderung des Fahrsignales gegeben.

Wie schon in der DE-OS 28 33 792 angegeben, eignet sich zur Erzeugung des richtigen Steuersignales in Abhängigkeit von dem Fahrsignal insbesondere eine elektronische Schaltung.

Im Sinne der Erfindung kann insbesondere eine Vorrichtung wirken, die aus einem ersten Summierer besteht, einem zweiten Summierer, einem ersten Integrierer und einem zweiten Integrierer, wobei das Fahrsignal über den ersten Summierer und die beiden Integrierer dem zweiten Summierer zugeleitet wird und die Ausgangssignale der beiden Integrierer über jeweils einen Spannungsteiler dem ersten Summierer mit umgekehrtem Vorzeichen zugeleitet werden und das Ausgangssignal des ersten Summierers über einen Spannungsteiler dem zweiten Summierer zugeleitet wird, dessen Ausgangssignal das Steuersignal darstellt.

Dies gilt auch für eine Vorrichtung mit einem ersten Summierer, einem zweiten Summierer, einem ersten Integrierer und einem zweiten Integrierer, wobei das Fahrsignal über den ersten Summierer und einen Spannungsteiler dem zweiten Summierer zugeleitet wird und das Ausgangssignal des ersten Summierers dem ersten Integrierer zugeführt wird, von dessen Ausgang es über einen Spannungsteiler dem ersten Summierer mit umgekehrtem Vorzeichen zugeleitet wird, und das Ausgangssignal des ersten Integrierers dem zweiten Integrierer zugeführt wird, von dessen Ausgang es über einen Spannungsteiler mit umgekehrtem Vorzeichen dem ersten Summierer zugeleitet wird, während das Fahrsignal außerdem über einen Spannungsteiler dem zweiten Summierer zugeleitet wird, dessen Ausgang das Steuersignal darstellt.

Die Erfindung sei anhand der Zeichnungen weiter erläutert, von denen zeigt

Fig. 1 das sogenannte Zwei-Massen-Modell eines von der Erfindung angesprochenen Fahrzeuges;

Fig. 2 eine zeitliche Zunahme und Abnahme des Fahrsignales über

Fig. 3, die die erfindungsgemäßen, dazugehörigen Steuersignale über der Zeit zeigt;

Fig. 4 eine Schar von Steuersignalen entsprechend der Bemessung nach Patentanspruch 2;

Fig. 5 eine elektronische Vorrichtung gemäß Patentanspruch 3 und

Fig. 6 eine elektronische Vorrichtung gemäß Patentanspruch 4;

Fig. 7 den zeitlichen Verlauf der Fahrzeugbeschleunigung nach einer Änderung des Fahrsignales gemäß dem 2-Massen-Modell nach Fig. 1;

Fig. 8 den zeitlichen Verlauf der Beschleunigung des Fahrzeuges nach einer Änderung des Fahrsignales wie in Fig. 7 gemäß dem Zwei-Massen-Modell in Fig. 1 jedoch unter Berücksichtigung des erfindungsgemäßen Steuersignals.

In Fig. 1 ist das sogenannte Zwei-Massen-Modell des Fahrzeuges schematisch dargestellt. Darin bezeichnet die Bezugsziffer 1 die Maschine, insbesondere Brennkraftmaschine; sie wird in diesem Modell als ideale Drehmomentquelle betrachtet, die ihr Drehmoment an die Antriebswelle 2 abgibt. Auf derselben angeordnet ist das Schwungrad 3, was auch berücksichtigen kann, daß die Maschine 1 selbst Drehmassen enthält. Das Schwungrad 3 ist für eine reale Rotationsmaschine immer in irgendeiner Form gegeben. Von dem Schwungrad 3 wird die Fahrzeugmasse 5 angetrieben, die hier nicht als träge Translationsmasse sondern äquivalent dazu als Trägkeitsmoment geeigneter Größe betrachtet werden kann. Diese Fahrzeugmasse 5 wird nun nicht starr von dem Schwungrad 3 angetrieben, sondern über einen in der Realität bzw. Praxis selbstverständlich drehelastischen Antriebsstrang 4. Der Antriebsstrang 4 ist daher in Form einer Feder gezeichnet. Eine Drehmomentänderung seitens der Maschine 1 wird daher zwar unmittelbar auf das Schwungrad 3 einwirken, jedoch zunächst eine Verdrillung des Antriebsstranges 4 hervorrufen, bevor sie auf die Fahrzeugmasse 5 einwirkt. Infolgedessen stehen das Schwungrad 3 und die Fahrzeugmasse 5 über den Antriebsstrang 4 zueinander unter Federkraft. Die Masse des Schwungrades 3 und die Fahrzeugmasse 5, also zwei Massen, daher auch die Bezeichnung "Zwei-Massen-Modell", werden infolgedessen gegeneinander schwingen. In diesem Modell ist zur Vereinfachung nicht berücksichtigt, daß insbesondere die Fahrzeugmasse 5 eigentlich in Wirklichkeit Energie verliert über Reibung, Windwiderstand, etc. Indes reicht dieses 2-Massen-Modell zu einer einfachen und übersichtlichen Betrachtung der vorliegenden Problematik aus.

In Fig. 2 sind nun zwei zeitliche Verläufe für das Fahrsignal F dargestellt. In der Fig. 2a) nimmt das Fahrsignal F über der Zeit von zunächst dem einen niedrigeren konstanten Wert zu auf einen späteren, höheren, konstanten Wert. In Fig. 2b) sind die Verhältnisse umgekehrt.

In Fig. 3 ist nun der Zeitverlauf des erfindungsgemäßen Steuersignales dargestellt. In Fig. 3a) liegt das Steuersignal zunächst ebenfalls auf einem konstanten Niveau, entsprechend dem ursprünglichen niedrigeren Fahrsignal. Hat das Fahrsignal den späteren, höheren, konstanten Wert erreicht, so nimmt das Steuersignal einen dementsprechend ebenfalls höheren, konstanten Wert an. Der Übergang vom niedrigeren zum höheren Wert folgt jedoch nicht dem Zeitverlauf des Fahrsignals. Vielmehr wird das Steuersignal zunächst stärker erhöht, als dem zwar ebenfalls schon geänderten, aber zeitlich konstant betrachtbaren Fahrsignal eigentlich entspricht; man kann dies auch als Übersteuerung des Steuersignals im Vergleich zum Wert des Fahrsignales bezeichnen. Diese Übersteuerung des Fahrsignales wird nun nicht einfach langsam abgebaut, so daß sich das Steuersignal so auf seinen späteren, höheren, konstanten Wert einstellt, das es stets über dem zeitlich entsprechenden Fahrsignal liegt. Vielmehr wird nach der Erfindung nach der ersten Übersteuerung der Steuersignales eine vorübergehende zu ihr gegensinnige Änderung des Steuersignals bis unter den entsprechenden zeitlichen Wert des Fahrsignales ausgelöst (Untersteuerung des Steuersignals).

Von diesem unteren Pegel aus nähert sich dann das Steuersignal seinem späteren, höheren, konstanten Wert. Die Verhältnisse in der Fig. 3b) sind ganz entsprechend, jedoch für eine Abnahme des Fahr- bzw. Steuersignals. Anzumerken ist hierbei, daß solche Über- und Untersteuerungsvorgänge für das Steuersignal sich mehrfach wiederholen können, insbesondere mit Rücksicht auf höhere Lastwechselfrequenzen als nur der Grundfrequenz für einen Lastwechselstoß.

In der Fig. 4 ist nun eine ganze Schar mehrerer Steuersignaländerungen Δ S aufgetragen, die sich nach der Bemessung des Patentanspruches 2 bestimmen. Und zwar ist hier aufgetragen, wie sich die Änderung des Steuersignales zwischen dem ersten, niedrigeren, konstanten Wert und dem späteren, höheren, konstanten Wert, die wir ja schon aus Fig. 3 kennen, über der Zeit t entwickelt. Parameter dieser Kurvenschar ist die Zeit T, innerhalb derer sich das Fahrsignal geändert, insbesondere erhöht hat. Dabei ist außer acht gelassen, wie sich während dieser Zeit T das Fahrsignal in einzelnen entwickelt hat; Maßgabe ist lediglich, daß sich das Fahrsignal innerhalb dieser Zeit T überhaupt um einen bestimmten Betrag geändert hat. Nach dieser Zeit T soll das Steuersignal den späteren, höheren, konstanten Wert erreicht haben, wie auch in dieser Fig. 4 ersichtlich. Demnach kann in der Fig. 4 leicht erkannt werden, welche Steuersignalkurve zu welcher Änderungszeit des Fahrsignales T gehört. So ist ersichtlich die Steuersignalkurve mit der stärksten ersten Überhöhung diejenige, die sich innerhalb der kürzesten Zeit T auf ihren späteren, höheren, konstanten Wert einstellt. Dem gegenüber steigt das Steuersignal für die größte Änderungszeit T des Fahrsignales fast nur linear an, wie etwa das Fahrsignal F selbst.

In Fig. 5 ist eine erfindungsgemäße elektronische Vorrichtung zur Verminderung des Lastwechselstoßes dargestellt. Das Fahrsignal F wird von dem als Potentiometer dargestellten Gaspedal P abgegriffen. Es wird zunächst in den ersten Summierer S 1 eingeleitet. Dessen Ausgang geht in den Eingang eines ersten Integrierers I 1. Von dort geht das somit integrierte Fahrsignal in einen zweiten Integrierer I 2. Das somit zweimal integrierte Fahrsignal F wird nun über einen Spannungsteiler T 2 abgegriffen und dem ersten Summierer S 1 zurückgegeben, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen. Außerdem wird dem ersten Summierer S 1 auch das Ausgangssignal des ersten Integrierers I 1 über einen Spannungsteiler T 1 mit umgekehrtem Vorzeichen übergeben. Ansonsten wird das Ausgangssignal des zweiten Integrierers I 2 dem zweiten Summierer S 2 zugeleitet. Diesem zweiten Summierer S 2 wird zudem das Ausgangssignal des ersten Summierers S 1 über einen Spannungsteiler T 3 zugeleitet. In dem zweiten Summierer S 2 wird nun die Summe der beiden letztgenannten Signale gebildet, die das Steuersignal S darstellt. Die Spannungsteiler T 1 und T 2 bestimmen die Größe und Länge sowohl der Übersteuerung als auch der Untersteuerung des Steuersignals. Dabei bestimmt der Spannungsteiler T 2 insbesondere die zeitliche Länge dieser besonderen Steuersignaländerungen.

In Fig. 6 ist eine andere erfindungsgemäße, elektronische Vorrichtung zur Verminderung des Lastwechselstoßes dargestellt. Hier wird das Fahrsignal von dem als Potentiometer dargestellten Gaspedal ebenfalls zunächst in den ersten Summierer S 1 geleitet. Gleichzeitig wird es aber auch unmittelbar über den Spannungsteiler T 4 in den zweiten Summierer S 2 geleitet, dessen Ausgang das Steuersignal S darstellt. Der Ausgang des Erstsummierers S 1 wird seinerseits ebenfalls über einen Spannungsteiler T 3 in den genannten Zweitsummierer geführt; aus diesem Signal sowie aus dem ursprünglichen Fahrsignal F bildet also der zweite Summierer S 2 das Steuersignal S. Zu berücksichtigen ist aber noch, daß wie in dem vorangegangenen Beispiel das Ausgangssignal des ersten Summierers S 1 zunächst in dem ersten Integrierer I 1 integriert wird. Der Ausgang dieses ersten Integrierers I 1 wird zum einen über einen Spannungsteiler T 1 mit umgekehrtem Vorzeichen in den ersten Summierer S 1 zurückgeführt. Zum anderen wird der Ausgang des ersten Integrierers I 1 dem Eingang eines zweiten Integrierers I 2 zugeführt, dessen Ausgang seinerseits über einen Spannungsteiler T 2 mit umgekehrtem Vorzeichen dem ersten Summierer S 1 zugeführt wird. Auch in dieser Schaltung bestimmen die Spannungsteiler T 1 und T 2 Größe und Dauer der Über- und Untersteuerung des Steuersignales. Dabei bestimmt der Spannungsteiler T 2 besonders die Dauer der genannten besonderen Steuersignalschwankungen.

In Fig. 7 ist nun über der Zeit t der Verlauf der Beschleunigung des Fahrzeuges infolge einer Fahrsignaländerung gezeigt. Benutzt wurde das Zwei- Massen-Modell gemäß Fig. 1. Als Fahrsignaländerung wurde eine linear ansteigende Fahrsignaländerung entsprechend der Fig. 2a) angesetzt von der Dauer T. Diese Fahrsignaländerung soll unmittelbar eine entsprechende Drehmomentänderung bewirken, also einen linearen Anstieg des Drehmomentes der Maschine. Dementsprechend ist die Zeitachse für die Zeit t in Einheiten von T eingeteilt. Die großen Lastwechselschwingungen des Fahrzeuges sind als dementsprechende Beschleunigung B desselben deutlich zu erkennen.

In Fig. 8 ist nun hingegen der zeitliche Verlauf der Fahrzeugbeschleunigung B bei einer der Fig. 7 entsprechenden Fahrsignaländerung aufgetragen, jedoch unter Einschaltung des erfindungsgemäßen Steuersignals. Anders als in Fig. 7 konnte also das Fahrsignal nicht unmittelbar die als reine Drehmomentquelle zu betrachtende Maschine ansteuern, sondern erst durch das von ihm abgeleitete, erfindungsgemäße Steuersignal, wie es im Prinzip in Fig. 3a) dargestellt ist. Deutlich sieht man, daß nunmehr die Lastwechselschwingungen bzw. -Beschleunigungen des Fahrzeuges wesentlich verkleinert sind. Dabei wurde ein Steuersignal angesetzt, das von der elektronischen Vorrichtung gemäß Patentanspruch 3 bzw. Fig. 5 erzeugt wird.

In Fig. 9 ist der zeitliche Verlauf der Fahrzeugbeschleunigung B bei einer ebenfalls der Fig. 7 entsprechenden Fahrsignaländerung wie in Fig. 2a) gezeigt aufgetragen, und zwar einmal ohne Zwischenschaltung der erfindungsgemäßen Steuerung, also wie in Fig. 7, aber außerdem noch mit Einschaltung einer erfindungsgemäßen Steuerung zur Erzeugung eines Steuersignals gemäß Anspruch 2 bzw. Fig. 4. Wie ersichtlich ist dies der Idealfall, bei dem der Lastwechselstoß vollkommen kompensiert wird.

Abschließend sei noch gesagt, daß es als durchaus überraschend anzusehen ist, daß die erfindungsgemäße Untersteuerung des Steuersignals die nachfolgenden Lastwechselschwingungen verhindert. Eher wäre zu vermuten, daß eine Untersteuerung des Steuersignales zu einem rückwirkenden Lastwechselstoß gleichsinnig ist, also die auf den ersten Lastwechselstoß nachfolgenden Lastwechselschwingungen verstärken müßte.

Claims (4)

1. Verfahren zur Verminderung des Lastwechselstoßes an einem von einer Maschine angetriebenen Fahrzeug mit einem zwischen der Maschine und dem übrigen Fahrzeug angeordneten Antriebsstrang, wobei die Leistungsabgabe der Maschine von einem Steuersignal bestimmt wird, das von einem Fahrsignal abgeleitet wird, wobei eine zeitliche Änderung des Fahrsignals zunächst eine vorübergehende stärkere Änderung des Steuersignals auslöst als es einem zwar geänderten aber zeitlich konstanten Fahrsignal eigentlich entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß auf diese Übersteuerung des Steuersignals eine vorübergehende zu ihr gegensinnige Änderung des Steuersignals folgt, die stärker ist, als es dem zwar geänderten aber zeitlich konstanten Fahrsignal eigentlich entspricht.

2. Verfahren zur Verminderung des Lastwechselstoßes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Änderung des Fahrsignales während einer Zeit T die Änderung des Steuersignals Δ S einen Zeitverlauf während der Zeit t=0 bis T hat, der im wesentlichen der Formel folgt, und dann konstant bleibt, worin x = t/T und ω₀ die niedrigste Lastwechseleigenfrequenz des Fahrzeuges ist.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, bestehend aus einem ersten Summierer (S 1), einem zweiten Summierer (S 2), einem ersten Integrierer (I 1) und einem zweiten Integrierer (I 2), wobei das Fahrsignal (F) über den ersten Summierer (S 1) und die beiden Integrierer (I 1 und I 2) dem zweiten Summierer (S 2) zugeleitet wird und die Ausgangssignale der beiden Integrierer (I 1 und I 2) über jeweils einen Spannungsteiler (T 1 und T 2) dem ersten Summierer (S 1) mit umgekehrtem Vorzeichen zugeleitet werden und das Ausgangssignal des ersten Summierers (S 1) über einen Spannungsteiler (T 3) dem zweiten Summierer (S 2) zugeleitet wird, dessen Ausgangssignal das Steuersignal (S) darstellt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, bestehend aus einem ersten Summierer (S 1), einem zweiten Summierer (S 2), einem ersten Integrierer (I 1) und einem zweiten Integrierer (I 2), wobei das Fahrsignal (F) über den ersten Summierer (S 1) und einen Spannungsteiler (T 3) dem zweiten Summierer (S 2) zugeleitet wird und das Ausgangssignal des ersten Summierers (S 1) dem ersten Integrierer (I 1) zugeführt wird, von dessen Ausgang es über einen Spannungsteiler (T 1) dem ersten Summierer (I 1) mit umgekehrtem Vorzeichen zugeleitet wird, und das Ausgangssignal des ersten Integrierers (I 1) dem zweiten Integrierer (I 2) zugeführt wird, von dessen Ausgang es über einen Spannungsteiler (T 2) mit umgekehrtem Vorzeichen dem ersten Summierer (S 1) zugeleitet wird, während das Fahrsignal (F) außerdem über einen Spannungsteiler (T 4) dem zweiten Summierer zugeleitet wird, dessen Ausgang das Steuersignal (S) darstellt.