DE3918254A1

DE3918254A1 - Verfahren zur verhinderung von lastwechselschlaegen

Info

Publication number: DE3918254A1
Application number: DE3918254A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Dipl Ing Haack
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1988-06-15
Filing date: 1989-06-05
Publication date: 1989-12-21
Anticipated expiration: 2009-06-06
Also published as: DE3918254C2; JP2751997B2; JPH02186127A; FR2632905A1; FR2632905B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verhinderung von Lastwechselschlägen infolge abrupter Veränderungen der Fahrpedalstellung bei Fahrzeugen, insbesondere Personenkraft fahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei schnellen Laständerungen der Antriebsmaschinen von Kraft fahrzeugen können sogenannte Lastwechselschläge auftreten, die den Komfort eines Kraftfahrzeugs wesentlich beeinträchtigen. Solche Lastwechselschläge ergeben sich insbesondere bei Voll gasbeschleunigungen der Brennkraftmaschine aus dem Schubzustand und, in etwas geringerem Maße, auch bei der Freigabe des Fahr pedals aus einer Vollgas- oder vollgasnahen Stellung des Fahr pedals. Verursacht werden diese Lastwechselschläge durch den plötzlichen Nulldurchgang von durch die Brennkraftmaschine erzeugten Drehmomenten, die das schwingungsfähige System des Antriebsstranges zu Schwingungen mit relativ großen Amplituden anregt. Die in den Lagern des Antriebsstranges wirksamen Reak tionsmomente führen dann zu den von den Fahrzeuginsassen deutlich empfundenen Lastwechselschlägen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, Verfahren zur Verhinderung solcher Lastwechselschläge vorzu schlagen, die einerseits bei einer Verstellung des Fahrpedals aus einer Schubstellung in eine Laststellung, insbesondere also bei einer Vollgasbeschleunigung der Brennkraftmaschine aus der Nullstellung des Fahrpedals heraus, und andererseits bei einer Verstellung des Fahrpedals aus einer Laststellung in eine Schubstellung wirksam werden.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 und 4. Während danach bei einer abrupten Verstel lung des Fahrpedals aus einer Schubstellung in eine Laststellung die Kupplung selbsttätig so verstellt wird, daß sie aus der in der Schubstellung eingenommenen Schlupfbetriebsweise zur Übertragung eines kontinuierlich ansteigenden Drehmoments in Einrückrichtung beaufschlagt wird, wird sie bei einer abrupten Verstellung des Fahrpedals in der umgekehrten Richtung, also aus der Laststellung in die Schubstellung, zunächst noch vor Erreichen des Wechselpunktes von Zug- in Schubbetrieb vollständig ausgerückt, um danach wieder bis zur Erreichung eines vorge gebenen Schlupfes eingerückt zu werden. Die Erfindung schreibt damit vor, daß in der Schubstellung des Fahrpedals die Kupplung im Schlupfzustand betrieben wird, das heißt, daß die Kupplung nur so weit eingerückt ist, daß zwischen der Drehzahl der Brenn kraftmaschine und des Getriebeeingangs eine vorgegebene Differenz von beispielsweise 100 U/min eingehalten wird.

Zwar ist es bereits bekannt, bei Kupplungen von Kraftfahrzeugen einen definierten Schlupf zuzulassen, um beispielsweise unterhalb bestimmter Drehzahlen der Brennkraftmaschine eine Dämpfung der von der Brennkraftmaschine ausgehenden Ungleichförmigkeiten zumindest teilweise vom Abtrieb fernzuhalten. Das erfindungs gemäße Verfahren zielt jedoch nicht auf den stationären bzw. quasi stationären Betrieb, sondern speziell auf den instationären Betrieb bei abrupten Lastwechseln ab und gibt gerade für diese Zustandsänderungen eine Lehre, wie die dort auftretenden Last wechselschläge weitgehend vermieden werden können. Bei der Beschleunigung der Brennkraftmaschine aus der Schubstellung des Fahrpedals heraus soll dabei der Anstieg des von der Kupplung übertragbaren Moments in Abhängigkeit von der Drehzahl und/oder der Beschleunigung der Brennkraftmaschine gesteuert werden, wobei dieser Anstieg auf einen maximal zulässigen Wert begrenzt wird. Beim umgekehrten Fall der Laständerung wird die Kupplung vor Erreichen des Umschlagpunktes von Zug- in Schubbetrieb vollständig ausgerückt, wobei der Umschlagzeitpunkt durch Erfas sung des Verstellweges des Fahrpedals bzw. der Verstellgeschwin digkeit des Fahrpedals unter Berücksichtigung der sogenannten Nullmomentlinie der Brennkraftmaschine ermittelt wird.

In der nachfolgenden Beschreibung wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsbeispiels näher beschrieben und erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer Antriebsan ordnung für ein Kraftfahrzeug, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird,

Fig. 2 ein Diagramm des Fahrpedalweges über der Zeit für eine Vollgasbeschleunigung aus der Schub stellung des Fahrpedals heraus,

Fig. 3 ein Diagramm des zu der Fahrpedalverstellung nach Fig. 2 gehörenden Verlaufs der Drehmomente über der Zeit,

Fig. 4 in einem Diagramm der Drehzahl über der Zeit den Verlauf der Drehzahlen der Brennkraftmaschine und der Getriebeantriebswelle für die in der Fig. 2 angegebene Fahrpedalverstellung,

Fig. 5 in einem Diagramm des Fahrpedalweges über der Zeit den Verlauf einer abrupten Verstellung aus der Vollgagstellung in die Nullgasstellung,

Fig. 6 in einem Diagramm des Drehmoments über der Zeit den zu dem Diagramm nach Fig. 5 gehörenden Verlauf der Drehmomente der Brennkraftmaschine, der Abtriebswelle und der Kupplung,

Fig. 7 in einem Diagramm der Drehzahl über der Zeit den Verlauf der Drehzahlen der Brennkraftmaschine und der Getriebeeingangswelle und

Fig. 8 in einem Diagramm der Drehzahl über dem Fahrpedal weg den Verlauf der sogenannten Nullmomentlinie, das heißt des Umschlagpunktes von Zug- in Schub betrieb, der Brennkraftmaschine.

In der Fig. 1 der Zeichnung ist mit 1 der aus einer Brennkraft maschine, vorzugsweise einer mehrzylindrigen Hubkolbenmaschine, bestehende Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs bezeichnet, dessen Kurbelwelle 2 über eine bezüglich des übertragbaren Drehmoments steuerbare Kupplung 3 mit der Eingangswelle 4 eines Geschwindig keitswechselgetriebes 5 verbunden ist. Das Geschwindigkeits wechselgetriebe 5 steht in bekannter Weise über ein Ausgleich getriebe 6 mit den angetriebenen Rädern 7 des Fahrzeugs zur Übertragung der Antriebsleistung in Verbindung.

Mit 8 ist eine der steuerbaren Kupplung 3 zugeordnete Stellvor richtung angegeben, die von einem Steuergerät 9 zur entspre chenden Betätigung der Kupplung 3 ansteuerbar ist. Zu diesem Zweck erhält das Steuergerät 9 Informationen von verschiedenen Signalgebern, so zum Beispiel von einem Drehzahlgeber 10 über die Drehzahl der Kurbelwelle 2 und von einem Drehzahlgeber 11 über die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 4. Von einem Stellungsgeber 13 erhält das Steuergerät 9 darüber hinaus eine Information über die Stellung eines dem Fahrzeug zugeordneten Fahrpedals 12, das zur willkürlichen Verstellung eines der Brennkraftmaschine 1 zugeordneten Leistungsstellgliedes, bei spielsweise einer in der Ansaugleitung 15 der Brennkraftmaschine angeordneten Drosselklappe 14 von dem Fahrzeugführer betätigbar ist.

Um die bei herkömmlichen Fahrzeugen bei sehr schnellen Verän derungen des Fahrpedals auftretenden Lastwechselschläge zu vermeiden, die insbesondere dann auftreten, wenn die Brenn kraftmaschine aus dem Schubbetrieb heraus in den Zugbetrieb mit höherem Drehmoment, insbesondere also in die Vollgasstellung, beschleunigt wird oder wenn die Brennkraftmaschine umgekehrt aus einem Zugbetriebszustand mit relativ großem Drehmoment, beispielsweise also aus dem Vollgasbetrieb heraus in den Schub betrieb, verstellt wird, sieht die Erfindung ein ganz bestimmtes Kupplungssteuerverfahren vor. Dabei soll zunächst auf das Steuer verfahren der Kupplung für den Fall der abrupten Beschleunigung der Brennkraftmaschine aus dem Schubbetrieb heraus, also z.B. bei einer Verstellung des Fahrpedals aus der Nullgasstellung in eine Vollgasstellung behandelt werden. Eine derartige Fahr pedalverstellung ist in dem Diagramm der Fig. 2 gezeigt, bei dem das Fahrpedal zum Zeitpunkt t ₀ von Null auf Vollgas verstellt wird. Zu dieser Fahrpedalverstellung gehören die in den Fig. 3 und 4 dargestellten Verläufe der Drehmomente und Drehzahlen, und zwar jeweils erfaßt an der Kurbelwelle 2 und der Getriebeein gangswelle 4 sowie bezüglich des Drehmoments auch das von der Kupplung 3 übertragbare Drehmoment. Dabei zeigt sich nun, daß in der Schubbetriebsstellung des Fahrpedals, das heißt also bei freigegebenem Fahrpedal, zwischen dem Drehmoment des An triebsmotors 1 und dem der Getriebeeingangswelle 4 ebenso wie auch zwischen den Drehzahlen der Kurbelwelle 2 und der Getriebe eingangswelle 4 konstant gehaltene Differenzen bestehen, die durch einen bewußt an der Kupplung 3 eingestellten Schlupf bewirkt sind. Die Kupplung wird dabei von der Stellvorrichtung 8 nicht vollständig eingerückt, sondern nur so weit, daß eine Drehzahldifferenz von beispielsweise 100 U/min eingehalten wird, indem eine von den Drehzahlgebern 10 und 11 erfaßte Ist- Drehzahldifferenz um das Steuergerät 9 und dort mit einem vor gegebenen Sollwert verglichen wird. Abweichungen zwischen Soll- und Istwert werden von dem Steuergerät 9 ermittelt und zur entsprechenden Ansteuerung der Stelleinrichtung 8 verwendet. Das von der Kupplung übertragbare Drehmoment, in dem Diagramm der Fig. 3 mit M d _K bezeichnet, ist im Schubbetrieb aufgrund des Schlupfes der Kupplung um einen bestimmten Betrag kleiner als das an der Getriebeeingangswelle 4 anstehende Moment des Fahrzeugs Md _Abt. Das auf die Kurbelwelle 2 der Brennkraftmaschi ne 1 übertragene Moment Md _mot entspricht dann betragsmäßig dem von der Kupplung übertragbaren Drehmoment M d _K, wird hier aber im Unterschied zu einem positiven Zugmoment der Brennkraft maschine als negativer Betrag dargestellt.

Im Moment t ₀ der Umstellung des Fahrpedals von Nullgas- auf Vollgasstellung steigt mit praktisch vernachlässigbarer Ver zögerung das Drehmoment der Brennkraftmaschine auf das maximale Zugmoment an. Das von der Kupplung übertragbare Drehmoment M d _K kann jedoch nicht genauso schlagartig verändert werden, wenn das Entstehen von Lastwechselschlägen vermieden werden soll. Ausgehend von dem im Schubzustand eingestellten Wert des von der Kupplung übertragbaren Drehmoments wird vielmehr durch entsprechendes Betätigen der Kupplung in Einrückrichtung das von der Kupplung übertragbare Drehmoment kontinuierlich auf einen im Endzustand vorgesehenen Wert gesteigert. Diese Steigerung des übertragbaren Drehmoments soll dabei in Abhän gigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine oder auch von der Beschleunigung der Brennkraftmaschine steuerbar sein, wobei ein vorgegebener maximaler Anstiegswert nicht überschritten werden soll. Dieser maximale Anstieg wird nach Komfortgesichts punkten festgelegt und hängt von verschiedenen Kriterien, wie zum Beispiel von der maximal zur Verfügung stehenden Leistung der Brennkraftmaschine sowie von der Motorlagerung ab. Wird ein zu steiler Anstieg zugelassen, können Lastschläge entstehen. Bei zu geringen Anstiegswerten kann es dagegen zu sehr hohen Überschwingern der Drehzahl der Brennkraftmaschine führen, da das von der Brennkraftmaschine entwickelte Antriebsmoment ja nur teilweise über die Kupplung an den Abtrieb abgegeben werden kann, während das restliche freie Drehmoment zu einer Überhöhung der Drehzahl der Brennkraftmaschine führt.

Das von dem Motor an den Abtrieb abgegebene Drehmoment entspricht selbstverständlich in der Höhe dem von der Kupplung übertrag baren Drehmoment, so daß dieses Abtriebsmoment Md _Abt ausgehend von dem im Schubbetrieb vorliegenden Wert kontinuierlich bis auf das maximale Abtriebsmoment ansteigt. Je nachdem, ob am Ende dieses Vorganges die Kupplung im Schlupfzustand betrieben wird, also eine bestimmte Drehzahldifferenz zwischen der Kurbel welle der Brennkraftmaschine und der Getriebeeingangswelle eingehalten wird oder nicht, ist dieses maximale Abtriebsmoment Md _Abt kleiner oder gleich dem maximalen Antriebsmoment der Brennkraftmaschine Md _mot. Wie oben bereits erwähnt wurde, wird im allgemeinen ein Schlupfbetrieb der Kupplung im Zugbetrieb nur unterhalb vorgegebener Drehzahlen von beispielsweise 3000 U/min durchgeführt, während oberhalb dieser Grenzdrehzahl die Kupplung vollständig eingerückt ist, also keine Drehzahldifferenz zwischen der Kurbelwelle und der Getriebeeingangswelle vorhanden ist. In den Fig. 3 und 4 ist mit unterbrochenen Linien der Verlauf der Drehmomente Md _Abt bzw. Md _K sowie der Drehzahl n _mot auch für den Fall angedeutet, daß am Ende des Vorgangs kein Kupplungsschlupf vorhanden ist.

In den in den Fig. 5 bis 7 dargestellten Diagrammen ist analog zu den Diagrammen der Fig. 2 bis 4 das erfindungs gemäße Verfahren für eine abrupte Verstellung des Fahrpedals aus seiner Laststellung in eine Schubstellung angegeben. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird beispielsweise das Fahrpedal zwischen den Zeiten t ₀ und t ₂ von der maximalen Betätigungsstellung in die Nullstellung verstellt, das heißt also freigegeben. Entsprechend diesem Verlauf der Fahrpedal stellung ändert sich auch der Verlauf des Antriebsdrehmoments der Brennkraftmaschine Md _mot von dem maximalen Drehmoment zu nächst bis zum Drehmoment Null. Das von der Kupplung übertrag bare Drehmoment M d _K, das bei Beginn dieses Vorganges zunächst je nachdem, ob die Kupplung im Schlupfzustand betrieben wird oder nicht, um ein Differenzdrehmoment kleiner oder gleich groß wie das Antriebsdrehmoment der Brennkraftmaschine Md _mot ist, bleibt zunächst konstant.

Um jedoch beim Übergang vom Zug- in den Schubbetrieb einen Lastschlag zu vermeiden, muß die Kupplung vor Erreichen des Zeitpunktes, an dem die Brennkraftmaschine von dem Zug- in den Schubbetrieb übergeht, ausgerückt sein. Dieser Zeitpunkt des Übergangs Zug-Schub, der in den Darstellungen der Fig. 5 bis 7 mit t ₁ angegeben ist, wird durch Überwachung der Drehzahl der Brennkraftmaschine sowie des Verstellweges des Fahrpedals unter Berücksichtigung der in der Fig. 8 angegebenen sogenannten Nullmomentlinie ermittelt. Diese Nullmomentlinie stellt die Grenzlinie zwischen dem Schubbetrieb und dem Zugbetrieb der Brennkraftmaschine dar und gibt für die jeweiligen Drehzahlen der Brennkraftmaschine die Fahrpedalstellung an, bei der diese Grenze erreicht wird. Diese Nullmomentlinie kann in dem Steuer gerät 9 gespeichert sein, so daß für die jeweiligen Drehzahlen der Brennkraftmaschine die Fahrpedalstellungen ermittelt werden können, bei denen die Brennkraftmaschine von Zug- in Schubbetrieb übergeht. Damit nun aber während dieses Überganges von Zug- in Schubbetrieb die Kupplung sicher ausgerückt ist, sollte die Betätigung der Kupplung in Ausrückrichtung schon vorher erfolgen. Die Steuerung des Kupplungsausrückvorganges kann somit in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedals erfolgen, indem das Ausrücken von dem Steuergerät selbsttätig eingeleitet wird, wenn die Fahrpedalstellung einen bestimmten Abstand von der Nullmomentlinie unterschreitet. Darüber hinaus könnte auch die Verstellgeschwindigkeit des Fahrpedals als Steuergröße herangezogen werden, also die Ableitung des Stellweges des Fahrpedals nach der Zeit. Bei Überschreiten einer bestimmten Verstellgeschwindigkeit und zusätzlichem Erreichen eines be stimmten Abstandes von der Nullmomentlinie kann dies ein sicheres Zeichen dafür sein, daß die Brennkraftmaschine aus dem Zugbe trieb in den Schubbetrieb übergeht.

Nach dem Ausrücken der Kupplung erfolgt nach einer gewissen Zeitspanne ein Wiedereinrücken derselben, wobei dieses Ein rücken nur so weit geht, daß im Schubbetrieb wieder ein Schlupf zwischen der Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Getriebe eingangswelle eingehalten wird. Das Zufahren der Kupplung kann dabei in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz zwischen der Kurbelwelle und der Getriebeeingangswelle sowie gegebenenfalls in Abhängigkeit von der ersten Ableitung der Drehzahl der Kurbel welle nach der Zeit gesteuert sein.

Der wesentliche Vorteil des von der Erfindung vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, daß die bei abrupten Veränderungen der Fahrpedalstellung herkömmlicherweise erfolgenden Lastwechsel schläge weitgehend vermieden werden durch die in gezielter Weise durchgeführte Schlupfsteuerung der Kupplung. Das Komfort verhalten eines mit einer derartigen Einrichtung ausgestatteten Fahrzeugs wird also wesentlich verbessert.

Claims

1. Verfahren zur Verhinderung von Lastwechselschlägen infolge abrupter Veränderungen der Fahrpedalstellung bei Fahrzeugen, insbesondere Personenkraftfahrzeugen, die mit einer Brenn kraftmaschine, einem Getriebe sowie einer zwischen der Brenn kraftmaschine und dem Getriebe angeordneten und hinsichtlich des übertragbaren Drehmoments steuerbaren Kupplung ausgerüstet sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Verstellung des Fahrpedals (12) aus einer Schubstellung in eine Laststel lung die Kupplung (3) selbsttätig aus einer der Schubstellung des Fahrpedals zugeordneten Eingriffsstellung mit einem vorgebbaren Schlupf zwischen der Drehzahl der Brennkraftma schine (1, 2) und des Getriebeeingangs (4) heraus in Einrück richtung zur Übertragung eines kontinuierlich ansteigenden Moments beaufschlagt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg des von der Kupplung (3) übertragbaren Moments in Abhängigkeit von der Drehzahl und/oder der Beschleunigung der Brennkraftmaschine (1) gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg des von der Kupplung (3) übertragbaren Mo ments auf einen maximal zulässigen Anstiegswert begrenzt wird.

4. Verfahren zur Verhinderung von Lastwechselschlägen infolge abrupter Veränderungen der Fahrpedalstellung bei Fahrzeugen, insbesondere Personenkraftfahrzeugen, die mit einer Brenn kraftmaschine, einem Getriebe sowie einer zwischen der Brenn kraftmaschine und dem Getriebe angeordneten und hinsichtlich des übertragbaren Drehmoments steuerbaren Kupplung ausge rüstet sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Verstellung des Fahrpedals (12) aus einer Laststellung in eine Schubstel lung die Kupplung (3) selbsttätig vor dem Wechsel der Brenn kraftmaschine (1) vom Zug- in den Schubbetrieb zunächst vollständig ausgerückt wird und anschließend wieder bis zur Erreichung eines vorgebbaren Schlupfes zwischen der Drehzahl der Brennkraftmaschine (1, 2) und des Getriebe eingangs (4) in Einrückrichtung betätigt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (3) in Abhängigkeit von dem Verstellweg des Fahrpe dals (12) ausgerückt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (3) in Abhängigkeit von der Verstellgeschwin digkeit des Fahrpedals (12) ausgerückt wird.