DE4235881B4

DE4235881B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Ausgangsleistung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE4235881B4
Application number: DE4235881A
Authority: DE
Inventors: Hong Dr. Zhang
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-10-23
Filing date: 1992-10-23
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2012-10-24
Also published as: DE4235881A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung der Ausgangsleistung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs, mit einer Kraftübertragungseinheit mit wenigstens einem das Übersetzungsverhältnis zwischen Motor und Radantrieb beeinflussenden Element, mit Mitteln, die aus einem Sollwert für das Abtriebsmoment der Antriebseinheit einen Sollwert für ein Motormoment bestimmen, und mit Mitteln zum Einstellen des Motormoments, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung des Motormoments der Wirkungsgrad der Kraftübertragungseinheit durch Einbeziehung eines Verlustmomentwertes berücksichtigt wird, und dass der Verlustmomentenwert mittels eines Kennfeldes abhängig von mindestens einer Betriebsgröße ermittelt oder näherungsweise als konstanter Wert angenommen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Steuerung der Ausgangsleistung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.

Ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der WO92/09448 A1 bekannt. Dort wird zur Steuerung der Ausgangsleistung einer Antriebseinheit ein Abtriebsmomentsollwert abhängig vom Fahrerwunsch bestimmt und das Motormoment unter Berechnung eines Motormomentsollwerts durch Beeinflussung von Leistungsparametern des Motors zur Bereitstellung eines dem Sollwert des Abtriebsmoments entsprechenden Abtriebsmoments eingestellt. Der Motormomentsollwert wird dabei auf der Basis der Übersetzung des Getriebes, des Abtriebsmomentensollwerts und der gemessenen Abtriebsdrehzahl aus einem Kennfeld ermittelt. Die Berechnung des Sollmotormoments erfolgt dabei derart, dass das Abtriebsmoment unabhängig vom eingelegten Gang entsprechend dem Fahrerwunsch zur Verfügung gestellt wird.

Aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 42 10 956 A1 und der deutschen Patentanmeldung DE 40 37 237 A1 sind Maßnahmen bekannt, durch welche bei Berechnung des Sollmotormoments nicht nur die Getriebeübersetzung, sondern die Übersetzungsverhältnisse des gesamten Triebstrangs bei Verwendung eines automatischen Getriebes mit Drehmomentenwandler berücksichtigt werden. Dabei wird die Notwendigkeit beschrieben, dass bei der Berechnung des Sollmotormoments auf der Basis des Sollabtriebsmoments Reibungsverluste im Getriebe neben der mechanischen Übersetzung des Getriebes (Drehzahlübersetzungsverhältnis) berücksichtigt werden sollten, um die Genauigkeit der Berechnung des Motormomentsollwerts aus dem Abtriebsmomentensollwert zu verbessern.

Zwar wird die Notwendigkeit erkannt, dass anstelle des mechanischen Drehzahlübersetzungsverhältnis die effektive Drehmomentenübersetzung des Getriebes verwendet werden sollte, Maßnahmen zur geeigneten Realisierung dieser Erkenntnis werden nicht vorgestellt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben, durch welche bei Berechnung des Motormoments Verluste, d. h der Getriebewirkungsgrad, berücksichtigt werden können.

Dies wird dadurch erreicht, dass bei Berechnung des Motormoments ein den Getriebewirkungsgrad berücksichtigender Faktor als Offsetmoment mit einbezogen wird.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise erlaubt eine einfache und präzise Berechnung des Motormomentsollwerts auf der Basis des Abtriebsmomentensollwerts.

Besonders vorteilhaft ist die Berücksichtigung eines Offsetmoments bei der Berechnung des Turbinensollmoments aus Abtriebsollmoment und Abtriebsdrehzahl als Vorstufe des Motormomentsollwerts.

Durch Berücksichtigung des Getriebewirkungsgrades entsteht in vorteilhafter Weise im unteren Bereich des Fahrpedals kein Leerweg, der ohne diese Maßnahme dadurch enstehen würde, daß ein Teil des vom Motor realisierten Motormoments zuerst die Getriebeverluste kompensieren müßte, bevor es zum Abtriebsmoment beiträgt.

Weiterhin bietet die erfindungsgemäße Vorgehensweise in vorteilhafter Weise eine genaue Bestimmung des Turbinenmoments während des Schaltvorgangs, so daß das realisierte Abtriebsmoment bei unverändertem Fahrerwunsch konstant gehalten werden kann.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den abhängigen Ansprüchen.

Zeichnung
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt 1 ein Übersichtsblockschaltbild, während in 2 zur Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ein Flußdiagramm skizziert ist.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
1 zeigt mit 10 eine schematische Darstellung eines Motors einer Antriebseinheit 8 mit steuerbaren Vorrichtungen zur Kraftstoffzumessung 12 und zur Zündung 14. Ferner ist ein Luftansaugsystem 16 vorgesehen, welches mit einer elektrisch ansteuerbaren Drosselklappe 18 versehen ist. Die Ausgangswelle 20 (Kurbelwelle) des Motors 10 verbindet den Motor mit einem Wandler 22, dort mit dem Pumpenrad 24.
Das Turbinenrad 26 des Wandlers 22 ist mit der Welle 28 verbunden, welche auf das Getriebe 30 geführt ist. Die Ausgangswelle 32 des Getriebes 30 stellt den eigentlichen Antrieb des Fahrzeugs dar. Getriebe 30 und Wandler 22 sowie die Wellen 20, 28 und 32 bilden den Triebstrang des Fahrzeugs.
Ferner ist zur Durchführung von Steuerungsaufgaben eine Steuereinheit 34 vorgesehen, welche in Form eines zentralen Steuergeräts oder mehrerer vernetzter Steuergeräte ausgeführt sein kann. Dieser Steuereinheit werden die folgenden Eingangssignale zugeführt. Von einem vom Fahrer betätigbaren Bedienelement 36 wird über eine Signalleitung 38 ein dem Fahrerwunsch entsprechendes Signal zugeführt. Von Messeinrichtungen 40 bis 42 werden über Verbindungsleitungen 44 bis 46 Betriebsgrößen von Motor und Fahrzeug, wie z.B. Motortemperatur, Fahrgeschwindigkeit, Last, Getriebeöltemperatur, etc. zugeführt. Eine Eingangsleitung 48 verbindet die Steuereinheit 34 mit einer die Abtriebsdrehzahl des Getriebes erfassenden Messeinrichtung 50, welche an der Welle 32 angebracht ist. Alternativ kennen auch Messeinrichtungen zur Erfassung von die Abtriebsdrehzahl repräsentierenden Größen, z.B. von Raddrehzahlen, vorgesehen sein, die ihre Messgröße über die Leitung 48 an die Steuereinheit 34 abgeben. Eine Verbindungsleitung 52 verbindet die Steuereinheit 34 mit einem die Motordrehzahl oder eine diese repräsentierende Messgröße im Bereich der Ausgangswelle 20 erfassenden Messeinrichtung 54. Dabei ist in vorteilhafter Weise eine Eingangsleitung 56 vorgesehen, welche die Steuereinheit 34 mit einer Messeinheit 58 zur Erfassung der Turbinendrehzahl des Wandlers 22 oder einer dieser repräsentierenden Größe im Bereich der Welle 28 verbindet. Eine weitere Verbindungsleitung 60 kann vom Getriebe 30 die aktuell eingelegte bzw. eingestellte Gangübersetzung an die Steuereinheit 34 melden.
Abhängig von den zugeführten Größen bildet die Steuereinheit 34 entsprechend ihrer Programme Steuerbefehle für die steuerbaren Kenngrößen der Antriebseinheit, wie Motorleistung (Z.B. Kraftstoffzumessung, Zündzeitpunkt und/oder Drosselklappenstellung), gegebenenfalls Getriebeübersetzung oder Wandlerkupplungszustand. Steuersignale zur Steuerung der Motorleistung werden dabei je nach Ausführungsbeispiel über die Verbindungsleitungen 62, 64 und 66 an die entsprechend steuerbaren Vorrichtungen abgegeben, während Getriebesteuersignale und Wandlerkupplungssteuersignale, sofern ein steuerbares Getriebe und/oder eine Wandlerkupplung vorhanden ist, über die Verbindungsleitungen 68 und 70 zum Getriebe 30 und Wandler 22 geführt werden.
Die nachfolgenden Ausführungen sind neben der im Ausführungsbeispiel genannten Ausführungen einer Brennkraftmaschine mit automatisch steuerbaren Getriebe, Wandler und regelbare Wandlerkupplung auch auf andere Arten von Kraftübertragungseinheiten, steuerbare, teilweise steuerbare (z. B. ohne steuerbare Wandlerkupplung) oder nicht steuerbare (Handschaltgetriebe), anzuwenden.
Insbesondere eignet sich die erfindungsgemäße Vorgehensweise auch in Verbindung mit alternativen Antriebskonzepten, z. B. Elektromotoren, wobei das Motormoment bzw. die Motorleistung über die entsprechenden Parameter einzustellen ist.
Anhand des vom Bedienelement 36 erfassten Fahrerwunsches bildet die Steuereinheit 34 unter Berücksichtigung der von der Messeinheit 50 erfassten Abtriebsdrehzahl der Antriebseinheit (alternativ Raddrehzahlen, Fahrgeschwindigkeit) einen Abtriebsmomentsollwert, welcher an der Welle 32 durch die Antriebseinheit zur Erfüllung des Fahrerwunsches bereitzustellen ist. Dieses Abtriebssollmoment wird von der Steuereinheit in bekannter Weise gegebenenfalls in eine Getriebeübersetzung und Wandlerzustand sowie in ein Sollmotormoment umgesetzt. Das Motormoment wird dann auf der Basis der erfassten Betriebsgrößen durch Einstellen z.B. der Kraftstoffzumessung bei Dieselmotoren und ggf. zusätzlich der Luftzumessung und/oder des Zündzeitpunkts bei Ottomotoren an der Kurbelwelle 20 des Motors bereitgestellt, so dass zusammen mit der eingestellten Übersetzung des Triebstranges das Sollabtriebsmoment an der Abtriebswelle 32 der Antriebseinheit zur Verfügung steht.
Bei der Berechnung des Sollmotormoments aus dem Sollabtriebsmoment wird im wesentlichen wie aus der nichtvorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 42 10 956 A1 bekannten Weise vorgegangen. Aus dem auf der Basis des Fahrerwunsches F gebildeten Abtriebsmomentensollwert mabsoll wird abhängig von der mechanischen Übersetzung Ü des eingelegten Ganges des Getriebes 30 ein am Turbinenrad des Wandlers 22 erforderliches Sollturbinenmoment mturb berechnet. Aus diesem Sollturbinenmoment wird das Sollmotormoment berechnet, wobei gegebenenfalls die Momentenübertragung V_Wandler (Ermittlung aus dem Stand der Technik bekannt) des Wandlers 22 zu berücksichtigen ist.
Aufgrund von Lager- und Zahnreibung im Getriebe 30 und aufgrund von weiteren Widerstanden, welche auf Ölverdrängung und -umwälzung zurückzuführen sind, wird bei der Übertragung des Moments von der Welle 28 auf die Welle 32 durch das Getriebe 30 mit Verlusten gearbeitet, welche bei der Berechnung des Sollturbinenmoments aus dem Sollabtriebsmoment berücksichtigt werden müssen.
Wäre dies nicht der Fall, so würde im unteren Bereich des Fahrpedals ein Leerweg entstehen, weil das von dem Motor 10 auf der Basis des berechneten Sollmotormoments realisierte Motormoment zuerst die im Getriebe 30 entstehenden Verluste kompensieren müsste, bevor es zum Abtriebsmoment beitragen könnte.
Obwohl die Getriebeverluste von vielen Einflussparametern, z.B. Last, Drehzahl, Übersetzung, Öltemperatur, etc. abhängig sind, hat sich als geeigneter Näherungsansatz die Annahme erwiesen, dass im Getriebe turbinenseitig ein konstantes Verlustmoment zu berücksichtigen ist.
Dieser Korrekturfaktor, der Verlustmomentfaktor m_Offset, wird dabei durch Messungen bestimmt und zum auf der Basis des Koeffizienten des Abtriebsmomentsollwert und mechanischer Übersetzung berechneten Sollturbinenmoment addiert.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der Korrekturfaktor auch aus einem von Betriebsgrößen wie Last, Drehzahl, Getriebeübersetzung und/oder Öltemperatur abhängigen Kennfeld oder einer Kennlinie bestimmt werden.
Bei der Ermittlung und Bereitstellung des Sollmotormoments wird dabei, wie anhand 2 in vereinfachender Weise dargestellt, vorgegangen.
Nach Start des zyklisch aufgerufenen Programmteils wird in einem ersten Schritt 100 Abtriebsdrehzahl n-ab, Turbinendrehzahl n-turb und Fahrerwunsch F eingelesen und im darauf folgenden Schritt 102 der Abtriebsmomentensollwert mabsoll aus einem Kennfeld abhängig von Abtriebsdrehzahl und Fahrerwunsch ausgelesen.
Danach wird im Schritt 104 die aktuelle mechanische Getriebeübersetzung Ü des Getriebes 30 eingelesen. Dabei handelt es sich um das Drehzahlübersetzungsverhältnis des Getriebes 30, welches entweder, aus fest abgelegten Werten für die einzelnen Gangstufen oder durch Quotientenbildung der Ein- und Ausgangsdrehzahlen des Getriebes 30 bestimmt wird.
Daraufhin erfolgt im Schritt 106 die Berechnung des Turbinenmomentsollwertes mturb, der an der Welle 28 unter Berücksichtigung der Getriebeübersetzung und des Getriebewirkungsgrades auftreten muß, um das Sollabtriebsmoment an der Welle 32 bereitzustellen. Die Berechnung des Turbinensollmomentes mturb wird dabei durch Quotientenbildung aus Abtriebssollmoment mabsoll und Getriebeübersetzung Ü und der Addition des Verlustmomentwertes m_Offset durchgeführt.
Im nachfolgenden Schritt 112 wird dann das Sollmotormoment aus Turbinenmoment und Wandlerverstärkung V_Wandler, welche auf der Basis von Motordrehzahl und Turbinendrehzahl ermittelt werden kann, berechnet. Die Berechnung erfolgt durch Bildung des Quotienten aus Sollturbinenmoment und Wandlerverstärkung. Im Schritt 114 schließlich wird das Sollmotormoment durch Einstellung der Kraftstoffzumessung ti bei Diesel, gegebenenfalls der Luftzumessung durch Einstellung der Drosselklappe DK und/oder des Zündzeitpunkts alpha bei Otto-Motoren bereitgestellt. Dies erfolgt in diesem Ausführungsbeispiels mittels eines Kennfeldes, in dem z.B. ein Drosselklappenstellungswert als Funktion des Motormomentsollwerts, der Motordrehzahl und ggf. weiterer Einflußgrößen, wie z.B. Motortemperatur, eingetragen ist. Beim Dieselmotor ist der Drosselklappenstellungssollwert durch eine Einspritzmenge ersetzt.
Danach wird der Programmteil beendet und zu gegebener Zeit (ca. alle 10 bis 100 Millisekunden) wiederholt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Verlustmomentwert m_Offset aus einem Kennfeld oder einer Kennlinie auf der Basis von Betriebsgrößen wie Last, Drehzahl, Übersetzung, Öltemperatur, etc. bestimmt, wobei die Kennfeldwerte experimentiell erfaßt wurden.
Besonders vorteilhaft hat sich jedoch die näherungsweise Vorgabe eines konstaten Korrekturfaktors m_Offset erwiesen.
Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Vorgehensweise erlaubt die Berücksichtigung des Getriebewirkungsgrades durch Addieren des Verlustmoments bei der Umrechnung eines Abtriebsmomentssollwertes in einen Turbinenmomentensollwert und weiter in einen Motormomentensollwert im Rahmen einer Vorsteuerungsstrategie.
Bei Getriebeeinheiten ohne Wandlereinheit kann der konstante Korrekturwert direkt zum Motormomentsollwert addiert werden, welcher aus Getriebeübersetzung und Abtriebssollmoment berechnet wurde.

Claims

Verfahren zur Steuerung der Ausgangsleistung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs, mit einer Kraftübertragungseinheit mit wenigstens einem das Übersetzungsverhältnis zwischen Motor und Radantrieb beeinflussenden Element, mit Mitteln, die aus einem Sollwert für das Abtriebsmoment der Antriebseinheit einen Sollwert für ein Motormoment bestimmen, und mit Mitteln zum Einstellen des Motormoments, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung des Motormoments der Wirkungsgrad der Kraftübertragungseinheit durch Einbeziehung eines Verlustmomentwertes berücksichtigt wird, und dass der Verlustmomentenwert mittels eines Kennfeldes abhängig von mindestens einer Betriebsgröße ermittelt oder näherungsweise als konstanter Wert angenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus der mechanischen Übersetzung des Getriebes und dem Abtriebsmomentensollwert unter Addition des Verlustmomentenwertes ein Sollturbinenmoment ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sollturbinenmoment durch Quotientenbildung mit der ermittelten Wandlerverstärkung in ein Motorsollmoment umgewandelt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als mindestens eine Betriebsgröße eine Last, eine Drehzahl, eine Übersetzung und/oder eine Öltemperatur gewählt wird.
Vorrichtung zur Steuerung der Ausgangsleistung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs, mit einer Kraftübertragungseinheit mit wenigstens einem das Übersetzungsverhältnis zwischen Motor und Radantrieb beeinflussenden Element, mit Mitteln, die aus einem Sollwert für das Abtriebsmoment der Antriebseinheit einen Sollwert für ein Motormoment bestimmen und mit Mitteln zum Einstellen des Motormoments, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung des Motormoments der Wirkungsgrad der Kraftübertragungseinheit durch Einbeziehung eines Verlustmomentwertes berücksichtigt wird, und dass ein Kennfeld vorgesehen ist, mittels dem der Verlustmomentenwert abhängig von mindestens einer Betriebsgröße ermittelt wird oder dass der Verlustmomentenwert näherungsweise als konstanter Wert angenommen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Motormoments durch Einstellung von Kraftstoffzumessung, Luftzufuhr und/oder Zündwinkel erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung eines Sollmo tormoments im Rahmen einer Vorsteuerstrategie durch Berechnung eines am Getriebeeingang bereitzustellenden Turbinenmoments erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Betriebsgröße eine Last, eine Drehzahl, eine Übersetzung und/oder eine Öltemperatur ist.