DE4443312A1 - Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges mit einem Schaltgetriebe und einer elektonisch geregelten Kupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraft­ fahrzeuges mit einer Brennkraftmaschine, einer dieser nachgeord­ neten, die Ungleichförmigkeiten des Motordrehmoments ausglei­ chenden Schwungmasse, mindestens einer schaltbaren Kupplung zwi­ schen der Brennkraftmaschine und der Schwungmasse und/oder einer schaltbaren Kupplung zwischen der Schwungmasse und einem nachge­ ordneten Getriebe, wobei eine selbsttätige Steuerung der Schalt­ betätigung der Kupplung(en) vorgesehen ist, sowie wahlweise oder zusätzlich mit einer Einrichtung zum Starten der Brennkraftma­ schine, nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 oder 13.

Zum Normalbetrieb eines eine Brennkraftmaschine aufweisenden Kraftfahrzeuges gehören wechselnde Zug- und Schubphasen, gegebe­ nenfalls mit kurzen Stillstandzeiten, wie zum Beispiel an Am­ peln. Aus der DE-OS 27 48 697 ist es beispielsweise bekannt, die Brennkraftmaschine bei bestimmten Betriebszuständen zum Zwecke der Kraftstoffeinsparung abzuschalten. Auf besondere Weise er­ folgt dies durch Trennung der Maschine mittels einer zusätzli­ chen Kupplung von der nachgeordneten Schwungmasse. Durch die bei Brennkraftmaschinen mit Hubkolben üblichen Drehzahlschwankungen während einer Umdrehung genügt diese Trennung von der Schwung­ masse zum Stillsetzen des Motors. Das Wiederanlassen erfolgt auf einfache Weise durch Schließen der Kupplung, wobei die drehende Schwungmasse den Motor mitreißt und ihn so in kürzester Zeit wieder anlaufen läßt.

In anderer Weise kann der Motor auch ohne eine gesonderte Trennungskupplung zwischen Kurbeltrieb und Schwungmasse kon­ ventionell, z. B. durch Einflußnahme auf den Gemischbildner, stillgesetzt und anschließend über einen elektromotorischen Starter wieder in Betrieb genommen werden. Das Signal zum Wiederanlassen des Motors wird einem Steuerungsrechner durch die Auslenkung des Fahrpedals oder der Drosselklappe ermittelnden Sensor zugeleitet.

Fahrzeuge dieses Typs sind üblicherweise mit automatischen Kupp­ lungsreglern ausgestattet, die dazu in der Lage sind, auch in großen Gängen (dritter, vierter, fünfter Gang) mit dem Fahrzeug aus dem Stillstand heraus anzufahren. Aufgrund des übersetzungs­ bedingt geringen Momentes wird der unbedachte Fahrer dieses mit großen Drosselklappenwinkeln machen. Dadurch kann die Kupplung innerhalb kurzer Zeit thermisch überlastet und sogar zerstört werden. Dies gilt insbesondere auch deshalb, weil die Regler bei höheren Drosselklappenwinkeln in der Regel größere Motordrehzah­ len einregeln, da der Verbrennungsmotor sein höchstes Drehmoment erst bei höheren Drehzahlen erreicht.

Derartig ausgerüstete Kraftfahrzeuge, die beispielsweise unter der Bezeichnung Kraftfahrzeuge mit "Schwungnutzautomatik" be­ kannt geworden sind, werden so betrieben, daß der Kupplungsreg­ ler bei Stillstand des Fahrzeuges und eingelegtem hohen Gang bei Betätigung des Fahrpedals den Motor nicht startet und die Kupp­ lung nichtschließt, wodurch sicher vermieden wird, daß das Fahrzeug mit hohen Gängen angefahren werden kann.

Bei vielen Erstbenutzern derartiger Kraftfahrzeuge, die etwa nach einer antriebslosen Ausrollfahrt aus einem hohen Gang kom­ mend an einer Ampel oder Kreuzung erneut anfahren wollen, und das Zurückschalten in einen niedrigen Gang vergessen haben, führt dieses Nichtstarten der Brennkraftmaschine zu der Annahme, daß die Kupplungssteuerung eine Fehlfunktion aufweise. Der Fah­ rer tritt dann das Fahrpedal durch, ohne daß eine Reaktion des Antriebsaggregates erfolgt.

Die durch die beschriebenen Reaktionen auftretenden Akzeptanz­ probleme bei Erstbenutzern derartiger Fahrzeuge hat man durch verschiedene Hilfsmaßnahmen zu beseitigen versucht. So wurden z. B. Warnanzeigen oder auch ein Warnsignal im Kraftfahrzeug in­ stalliert, die den Fahrer auf seinen oben beschriebenen Bedie­ nungsfehler aufmerksam machen sollten. Der Erfolg dieser Maßnah­ me war jedoch gering, denn das Aufleuchten der Warnlampen wurde durch die Aufregung der Fahrer häufig übersehen, und akustische Warnsignale wurden nicht richtig eingeordnet oder sogar als be­ drohlich empfunden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, für gattungsgemä­ ße Fahrzeuge ein Steuerungsverfahren zum Betrieb eines solchen Fahrzeuges vorzustellen, mit dem der Fahrer eines derartigen Fahrzeuges beruhigend auf die falsche Gangwahl hingewiesen wird, und mit dem auch in Notsituationen mit hohem eingelegten Gang angefahren werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs und des Anspruchs 14. Vorteilhafte Wei­ terbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und werden im folgenden anhand von in Zeich­ nungen dargestellten Antriebsanordnungen erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Anordnung von Teilaggregaten in einem gattungsgemäßen Kraftfahrzeug, und

Fig. 2 eine weitere Anordnung, ähnlich der von Fig. 1.

In dem in Fig. 1 dargestellten Antriebsstrang ist eine Motor-Getriebe-Anordnung dargestellt, bei der zwischen der mit 1 bezeichneten Brennkraftmaschine und dem mit 2 gekennzeichneten Handschaltgetriebe eine Schwungmasse 3 angeordnet ist, die zur Motor- und zur Getriebeseite von je einer Kupplung K1, K2 flan­ kiert ist. Die Schwungmasse 3 kann als Rotor einer Elektroma­ schine ausgebildet sein, mit der in an sich bekannter Weise die Schwungmasse bei einem Neustart des Fahrzeuges oder nach einem Drehzahlabfall unter die Nenndrehzahl antreibbar ist.

Dem Getriebe 2 nachgeordnet ist ein Differentialgetriebe 13, mit dem über nicht näher bezeichnete Antriebsachsen die Antriebsrä­ der des Fahrzeuges angetrieben werden.

Die Kupplungen K1, K2 sind über Steuerungsleitungen mit einem Steuergerät 5, einem Kupplungsregler, verbunden. Dieser Kupp­ lungsregler 5 steuert die Betätigung der beiden Kupplungen bei­ spielsweise zur Motorabschaltung in Schubbetriebsphasen. Dazu werden beide Kupplungen in an sich bekannter Weise geöffnet, so daß die Schwungmasse 3 frei weiter rotiert, während der Motor zum Stillstand kommt. Zum Einleiten einer Beschleunigungsfahrt wird dann die Kupplung K2 geschlossen und der Motor 1 damit an­ geworfen. Anschließend kann dann durch Schließen der Anfahrkupp­ lung K1 das Fahrzeug motorgetrieben gefahren werden.

In Fig. 2 ist ein weiterer Antriebsstrang dargestellt, der mit dem beanspruchten Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges gesteuert werden soll. Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 darge­ stellten Antriebsstrang ist hier nur eine Anfahrkupplung K1 zwi­ schen der Schwungmasse 3 und dem- Schaltgetriebe 2 vorgesehen, während zum Starten des Motors nach der Stillstandphase oder ei­ ner Schubbetriebsphase ein konventioneller elektromotorischer Anlasser 6 vorgesehen ist, der über ein Ritzel auf einen Zahn­ kranz 7 des Motors 1 wirkt.

Zur Steuerung der Kupplungsbetätigung, der Leistung des Motors und der Anlasserbetätigung ist ein Motorsteuerungsrechner 4 und ein Kupplungsregler 5 vorgesehen, die über eine Datenleitung in Verbindung stehen. Zudem steht der Kupplungsregler 5 über eine Steuerleitung mit der Kupplung K1 sowie mit einem Temperatursen­ sor 11 an dieser Kupplung und mit einem Drehzahlsensor 15 an der Getriebeeingangswelle 16 in Kontakt.

Der Motorsteuerrechner 4 erhält dagegen von einem Fahrpedalsen­ sor 8 und/oder einem Drosselklappensensor 9 Auskunft über den Leistungswunsch des Fahrers. Zudem erfährt der Rechner 4 über einen Drehzahlsensor 14 die aktuelle Motordrehzahl. Der Anlasser 6 kann in seiner Funktion wie hier dargestellt von dem Motor­ steuerrechner 4 oder aber auch von dem Kupplungsregler 5 gesteu­ ert werden.

Dieser für Fig. 2 dargestellte Rechner- und Sensoraufbau fin­ det, ohne daß er gesondert für Fig. 1 erläutert wurde, auch für dieses Antriebskonzept Anwendung.

Zum Betrieb derartiger Antriebsanordnungen ist für den Fall ei­ ner falschen Gangwahl und dem Wiederstart des Motors erfindungs­ gemäß vorgesehen, daß beim Anfahren des Fahrzeuges mit großem eingelegten Gang der Kupplungsregler die Anfahrkupplung in einer variablen oder fest vorgegebenen Frequenz öffnet und schließt. In einer Variante dazu ist vorgesehen, daß beim Anfahren des Fahrzeuges mit großem eingelegten Gang die Anfahrkupplung teil­ weise geschlossen und die Erzeugung eines Fahrzeugruckelns durch eine Veränderung der Motorleistung mit vorgegebener und im Mo­ torsteuerrechner abgelegter Frequenz und Amplitude erfolgt.

Der Erfindung liegt demnach die Erkenntnis zugrunde, daß der Fahrer eines derartigen Kraftfahrzeuges durch ähnliche Reakti­ onen auf die falsche Gangwahl aufmerksam gemacht werden soll, wie er sie von Standardfahrzeugen kennt, wenn er das Kupplungs­ pedal bei zu großem eingelegten Gang entlastet. Das dabei ent­ stehende Ruckeln zeigt dem Fahrer dabei unmißverständlich an, daß für den Anfahrvorgang ein unzulässig hoher Gang gewählt wur­ de, ohne dabei das Aggregat auf unzulässig niedrige Drehzahlen zu zwingen oder die Kupplung thermisch zu überlasten. Fordert der Fahrer demnach durch Treten des Gaspedals in einem zu großen Gang ein Schließen der Kupplung an, dann wird nach Starten eines eventuell abgeschalteten Motors verfahrensgemäß die Kupplung auf eine solche Weise geschlossen, daß das Fahrzeug zwar ein Ab­ triebsmoment erhält und ein ungebremstes Hochlaufen des Motors verhindert wird, dies geschieht jedoch mit einer Modulation des Kupplungsmomentes, die vom Fahrer durch das Ruckeln und die da­ durch bedingte Fahrzeuganregung als untragbarer Komfort empfun­ den wird. Der Fahrer wird auf diese Weise seinen Bedienungsfeh­ ler erkennen und den richtigen Gang einlegen. In Notsituationen kann er sich jedoch auch dazu entschließen weiterzufahren und, wenn auch unkomfortabel, Geschwindigkeit aufzunehmen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung dieses "Ruckel-Anfahr-Steu­ erungsverfahrens" ist vorgesehen, daß die Motordrehzahl in der Anfahrphase unabhängig von der Fahrpedal- oder Drosselklappen­ auslenkung auf eine Solldrehzahl geregelt wird, die dicht ober­ halb der Motorleerlaufdrehzahl liegt. Dadurch wird sicher er­ reicht, daß die Brennkraftmaschine während der Ruckelphase in Betrieb bleibt. Die Regelung der Motordrehzahl kann dabei bei­ spielsweise über eine Verstellung des Zündzeitpunktes nach "spät" erfolgen.

Die zur Motordrehzahlmodulation vorgesehenen Steuerungsalgorith­ men, beispielsweise ein Rechtecksignalverlauf, sind vorzugsweise in einem Motorsteuerungsrechner sowohl für den Frequenz- als auch für den Amplitudenverlauf abgelegt, der auch die Kupplungs­ regelung übernimmt oder mit einer gesonderten Kupplungssteu­ erungseinrichtung in Verbindung steht.

In einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuerungs­ verfahrens ist vorgesehen, daß die Motordrehzahl beim Starten und Schließen der Anfahrkupplung auf eine Drehzahl eingeregelt wird, die dicht oberhalb der Drehzahl der Kupplungsmitnehmer­ scheibe der Anfahrkupplung liegt. Unterschreitet die Motordreh­ zahl einen zuvor festgelegten und unterhalb der Motorleerlauf­ drehzahl liegenden Grenzwert, so wird verfahrensgemäß die An­ fahrkupplung sofort wieder vollständig geöffnet. Dadurch kann der Motor wieder hochlaufen, bis eine Motordrehzahl überschrit­ ten wird, die dicht oberhalb der Motorleerlaufdrehzahl liegt. Ist diese Drehzahl erreicht, wird die Anfahrkupplung erneut ge­ schlossen und auf diese Weise ein Hin- und Herruckeln des Fahr­ zeuges erreicht.

Zur Vermeidung einer thermischen Überbelastung der Anfahrkupp­ lung kann außerdem vorgesehen sein, daß dann, wenn der Anfahr­ vorgang eine zuvor festgelegte Zeit oder Kupplungstemperatur, eine zuvor festgelegte Wärmeenergiemenge umgesetzt und/oder An­ zahl von Kupplungsbetätigungsvorgängen überschritten hat, das Steuerungsverfahren durch ein voll ständiges Öffnen oder voll­ ständiges Schließen der Anfahrkupplung abgebrochen wird.

Zusätzlich kann vorgesehen sein, daß der Abbruch des Steuerungs­ verfahrens von einer Verringerung der Motorleistung bei drohen­ der thermischer Überlastung der Anfahrkupplung begleitet ist. Die Reduzierung der Motorleistung erfolgt dabei vorzugsweise durch eine Zündwinkelverstellung nach "spät" und/oder durch eine Drosselung der Kraftstoffversorgung.

In einem von den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs unabhängigen weiteren Steuerungsverfahrens kann das ruckelnde Anfahrverhalten des Kraftfahrzeuges auch durch eine vergleichs­ weise hochfrequente Verstellung der Motorleistung eingestellt werden. Demnach ist zum Betrieb eines gattungsgemäßen Fahrzeuges und zum Kenntlichmachen des eingelegten zu hohen Ganges vorgese­ hen, daß beim Anfahren des Fahrzeuges die Anfahrkupplung derart geregelt wird, daß der Motor auf eine Drehzahl oberhalb der Leerlaufdrehzahl gehalten wird und die Erzeugung des Fahrzeug­ ruckelns durch eine Veränderung der Motorleistung mit vorgegebe­ ner und im Motorsteuerrechner abgelegten Frequenz und Amplitude erfolgt. Die Verstellung der Motorleistung kann dabei ebenso wie in dem Verfahren nach dem Hauptanspruch durch eine Verstellung des Zündwinkels nach "spät" und/oder durch Drosselung der Kraft­ stoffversorgung erfolgen. Dadurch, daß die Motordrehzahl dicht oberhalb der Leerlaufdrehzahl gehalten wird, steht auch hier ein laufender Motor für den wenn auch sehr unkomfortablen und ruckelnden Anfahrvorgang in Notsituationen bereit.

Claims (14)

1. Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges mit einer Brenn­ kraftmaschine, einer dieser nachgeordneten, die Ungleichför­ migkeiten des Motordrehmoments ausgleichenden Schwungmasse, mindestens einer schaltbaren Kupplung zwischen der Brenn­ kraftmaschine und der Schwungmasse und/oder einer schaltbaren Kupplung zwischen der Schwungmasse und einem nachgeordneten Getriebe, wobei eine selbsttätige Steuerung der Schaltbetäti­ gung der Kupplung(en) mittels eines Kupplungsreglers vorge­ sehen ist, sowie wahlweise oder zusätzlich mit einer Einrich­ tung zum Starten der Brennkraftmaschine nach einer Motor­ stillsetzungsphase, und mit einem mit dem Getriebe verbunde­ nen Wahlschalthebel zur Anwahl der Getriebegänge, bei dem die Brennkraftmaschine dann gestartet und anschließend mittels des Kupplungsreglers die Anfahrkupplung zur Verbindung der Brennkraftmaschine mit dem Getriebe betätigt wird, wenn ein Gang eingelegt oder bei eingelegtem Gang das Fahrpedal ausge­ lenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anfahren des Fahrzeuges mit großem eingelegtem Gang der Kupplungsregler die Anfahrkupp­ lung mit einer variablen oder fest vorgegebenen Frequenz öff­ net und schließt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, zweite und der Rückwärtsgang nicht zu den großen Gän­ gen gehören.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Anfahrkupplung immer so weit geschlossen wird, daß ein ungebremstes Hochlaufen der Motordrehzahl verhindert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Anfahrkupplung über das Getriebe auf die Antriebsrä­ der übertragene Drehmoment so groß ist, daß das Fahrzeug eine für den Fahrer als unangenehm empfundene Ruckelbewegung voll­ führt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das auf die Antriebsräder übertragene Drehmoment ein unkom­ fortabel ruckartiges Anfahren erlaubt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Motordrehzahl im Anfahrvorgang unabhängig von der Fahrpedal- oder Drosselklappenauslenkung auf eine Dreh­ zahl geregelt wird, die dicht oberhalb der Motorleerlaufdrehzahl liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Motordrehzahl über eine Verstellung des Zündzeitpunktes erfolgt.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Motordrehzahlmodulation in Frequenz und Amplitu­ de mittels eines im Motorsteuerrechner ablegten Algorithmus erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Motordrehzahlmodulation einem Rechtecksignalverlauf ent­ spricht.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Motordrehzahl beim Schließen der Anfahrkupplung auf eine Drehzahl eingeregelt wird, die dicht oberhalb der Mitnehmerscheibe der Anfahrkupplung liegt, daß bei Unter­ schreiten der Motordrehzahl unter einem zuvor festgelegten und unterhalb der Motorleerlaufdrehzahl liegenden Grenzwert die Anfahrkupplung sofort wieder vollständig geöffnet wird, und daß beim Überschreiten einer Motordrehzahl, die dicht oberhalb der Motorleerlaufdrehzahl liegt, die Anfahrkupplung erneut geschlossen wird.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß dann, wenn während des Anfahrvorgangs eine zuvor festgelegten Zeit, eine zuvor festgelegte umgesetzte Wärmemen­ ge, eine bestimmte Anzahl von Kupplungsbetätigungsvorgängen und/oder eine Kupplungsgrenztemperatur überschritten wird, das Steuerungsverfahren durch voll ständiges Öffnen oder voll­ ständiges Schließen der Anfahrkupplung abgebrochen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorleistung bei drohender thermischer Überlastung der An­ fahrkupplung und Abbruch des Steuerungsverfahrens reduziert wird.

13. Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges mit einer Brenn­ kraftmaschine, einer dieser nachgeordneten, die Ungleichför­ migkeiten des Motordrehmoments ausgleichenden Schwungmasse, mindestens einer schaltbaren Kupplung zwischen der Brenn­ kraftmaschine und der Schwungmasse und/oder einer schaltbaren Kupplung zwischen der Schwungmasse und einem nachgeordneten Getriebe, wobei eine selbsttätige Steuerung der Schaltbetäti­ gung der Kupplung(en) mittels eines Kupplungsreglers vorge­ sehen ist, sowie wahlweise oder zusätzlich mit einer Einrich­ tung zum Starten der Brennkraftmaschine nach einer Motor­ stillsetzungsphase, und mit einem mit dem Getriebe verbunde­ nen Wahlschalthebel zur Anwahl der Getriebegänge, bei dem die Brennkraftmaschine dann gestartet und anschließend mittels des Kupplungsreglers die Anfahrkupplung zur Verbindung der Brennkraftmaschine mit dem Getriebe betätigt wird, wenn ein Gang eingelegt oder bei eingelegtem Gang das Fahrpedal ausge­ lenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anfahren des Fahrzeuges mit großem eingelegten Gang die Anfahrkupplung derart geregelt wird, daß die Motordrehzahl dicht oberhalb der Leerlaufdreh­ zahl gehalten wird, und die Erzeugung eines Fahrzeugruckelns durch eine Veränderung der Motorleistung mit vorgegebener und im Motorsteuerrechner abgelegte Frequenz und Amplitude er­ folgt.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Motorleistung durch Verstellung des Zündwinkels nach "spät" und/oder durch Drosselung der Kraft­ stoffversorgung erfolgt.