DE60127330T2

DE60127330T2 - Motordrehzahlregelung zur Unterstützung der Schaltsynchronisation

Info

Publication number: DE60127330T2
Application number: DE60127330T
Authority: DE
Inventors: David Leonard Kalamazoo Michigan Wadas; James Maurice Kalamazoo Michigan Walker; Yei Dei Kalamazoo Michigan Wang; Sharon Lynn Schoolcraft Gualtieri
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 2000-02-15
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2021-02-15
Also published as: EP1125786A2; US6220219B1; EP1125786B1; EP1125786A3; BR0100743B1; DE60127330D1; BR0100743A; JP2001271684A

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine automatische Steuerung der Motordrehzahl in einem voll- oder teilautomatisierten Fahrzeuggetriebesystem, das einen elektronisch gesteuerten Motor enthält, vorzugsweise über einen elektronischen Datenlink kommuniziert und eine Steuerung in wenigstens einem Drehzahl begrenzenden Modus und einem Drehmoment begrenzenden Modus ermöglicht. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Steuerung der Motordrehzahl für solche Systeme, wenn eine verhältnismäßig große Verringerung der Motordrehzahl erforderlich ist, gewöhnlich wenn eine Synchronisierung für eine Hochschaltung vorgenommen wird.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Voll- und teilautomatisierte mechanische Getriebesysteme, die zur Verwendung in Mittel- und Schwerlastfahrzeugen bestimmt sind, sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt, wie aus den US-Patentschriften Nr. 4 361 060, 4 595 986, 4 648 290, 4 850 236, 5 582 558, 5 735 771, 5 755 639, 5 797 110, 5 894 758 und 5 904 635 ersichtlich. Derartige Systeme umfassen gewöhnlich irgendeine automatische Steuerung der Motordrehzahl, um eine Synchronisierung zur Einrückung einer Zielgangstufe zu erzielen.
Die momentanen voll- oder teilautomatisierten Getriebesysteme können einen elektronisch gesteuerten/geregelten Motor enthalten, der eine Steuerungslogik aufweist, die einem elektronischen Datenlink entspricht und/oder über einen elektronischen Datenlink kommuniziert, der mit einem Industriestandardprotokoll, beispielsweise SAE J-1922, SAE J-1939, ISO 11898 oder dergleichen, übereinstimmt. US-Patentschriften Nr. 5 457 633 und 5 738 606 veranschaulichen derartige elektronisch gesteuerte Verbrennungsmotoren (gewöhnlich Dieselmotoren).
US 5 412 294 offenbart ein Verfahren zur Steuerung der Motordrehzahl in einem automatisierten Getriebesystem.
Derartige Systeme weisen einen Motordrehzahlbetriebsmodus auf, in dem der Motor gesteuert/geregelt wird, um eine Zielmotordrehzahl zu erreichen. Bei Hochleistungs-Dieselmotoren sind die Motoren programmiert, um auf Befehle eines Motordrehzahlmodus durch eine derartige Kraftstoffbelieferung des Motors zu reagieren, dass die Zielmotordrehzahl in einer sanften, abgemilderten Weise erreicht wird.
Die herkömmlichen Systeme nach dem Stand der Technik sind Verbesserungen vorbehalten, da, wenn eine verhältnismäßig große Verringerung der Motordrehzahl in dem Drehzahlsteuerungsbetriebsmodus, gewöhnlich während einer einfachen oder Gangstufen überspringenden Hochschaltung, befohlen wird, eine länger als erwünschte Zeit erforderlich sein kann, um die Zielmotordrehzahl zu erreichen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Nachteile des Standes der Technik durch Verkürzung der Zeitdauer, die zur Erreichung einer verhältnismäßig großen Verringerung der Motordrehzahl bis zu einer Zielmotordrehzahl erforderlich ist, auf ein Minimum reduziert oder überwunden.
Das Vorstehende wird bewerkstelligt, indem in einem Drehmomentsteuerungsmodus, der ein niedriges Drehmoment, vorzugsweise ein Nullmoment, anfordert, nicht in einem Drehzahlsteuerungsmodus gearbeitet wird, wenn eine wesentliche Verringerung der Motordrehzahl erforderlich ist. Bei den elektronisch gesteuerten/geregelten Hochleistungs- und Mittelleistungs-Dieselmotoren, die durch Motorhersteller erzeugt werden, wird sich die Motordrehzahl in dem Drehmomentsteuerungsmodus und bei einer Kraftstoffzufuhrverminderung zur Reduktion des Drehmomentes in einer ungesteuerten weise gemäß der „Abklingrate" des Motor verringern.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Motordrehzahlsteuerung zu schaffen, die, wenn wesentliche Verringerungen der Motordrehzahl erforderlich sind, beispielsweise bei Hochschaltvorgängen, die Zeitdauer, die zur Erreichung der gewünschten Motordrehzahl erforderlich ist, verringert.
Diese und weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich beim Lesen der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines automatisierten mechanischen Fahrzeuggetriebesystems der Bauart, mit der die verbesserte Motordrehzahlsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft eingesetzt wird.
2 zeigt eine graphische Darstellung der Verringerungsrate der Motordrehzahl in einem Drehzahlsteuerungsmodus im Vergleich zu einem Drehmomentsteuerungsmodus eines gewöhnlichen Hochleistungs-Dieselmotors, der unter einem industriestandardgemäßen Datenlinkprotokoll, beispielsweise SAE J-1922 oder SAE J-1939, arbeitet.
3 zeigt eine schematisierte Darstellung der Motordrehzahlsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung, in Form eines Flussdiagramms.
4 zeigt eine schematisierte Darstellung einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in Form eines Flussdiagramms.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Eine gewöhnliche Fahrzeugkraftübertragung 10 für ein Landfahrzeug, beispielsweise ein Schwerlast- oder Mittellastkraftfahrzeug, ist in schematisierter Weise in 1 veranschaulicht. Die Kraftübertragung 10 enthält einen allgemein bekannten Dieselmotor 12 und ein mehrgängiges mechanisches Geschwindigkeitswechselgetriebe 14, das mittels einer Hauptreibungskupplung 16 antriebsmäßig mit dem Motor verbunden ist und eine Ausgangswelle 18 aufweist, die mit einem Endantrieb (beispielsweise einer Antriebsachse) 20 mittels einer Antriebs- bzw. Kardanwelle 22 und Kardangelenken verbunden ist. Die Kurbelwelle 24 des Motors treibt die Eingangsglieder 26 der Hauptkupplung 16 an, die mit durch die Getriebeeingangswelle 30 getragenen Ausgangsglie dern 28 reibschlüssig in Eingriff und außer Eingriff bringbar ist. Eine manuelle 32 oder automatische 34 Steuerungseinrichtung steuert die Einrückung und Ausrückung der Hauptreibungskupplung 16. Das Getriebe 14 ist vorzugsweise ein 9-bis-18-Vorwärtsgänge-Getriebe, das durch einen von Hand betätigbaren Gangschalthebel 36 oder eine automatisch gesteuerte X-Y-Schalteinrichung 38 gesteuert ist, die auf eine Schaltstangengehäuse- oder Schaltwelleneinrichtung einwirkt.
Das Getriebe 14 ist vorzugsweise ein Verbundgetriebe der Range-, Spilt- oder kombinierten Range- und Split-Bauart, wie es in größeren Einzelheiten aus den US-Patentschriften Nr. 4 754 665 und 5 390 561 ersehen werden kann. Vorzugsweise ist das Getriebe 14 von der mechanischen Bauart, bei der Gangstufen durch Einrückung und Ausrückung einer oder mehrerer Klauenkupplungen eingelegt und herausgenommen werden, die vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise von der nicht synchronisierten Bauart sind.
Eine Fahrpedalüberwachungseinrichtung 40 überwacht die Stellung oder Verstellung des Fahrpedals 42 und liefert ein hierfür kennzeichnendes Signal (THL). Der Motor enthält einen Controller, vorzugsweise einen Mikroprozessor basierten Controller 44, der über einen elektronischen Datenlink kommuniziert und im Betrieb dazu dient, den Motor gemäß über den Datenlink übertragenen Befehlen mit Kraftstoff zu beliefern. Gewöhnlich fordern die Befehle eine derartige Kraftstoffbelieferung an, die mit vom Fahrzeugführer vorgenommenen Fahrpedaleinstellungen übereinstimmt oder die eine erforderliche Motordrehzahl erzielt und/oder ein maximales Ausgangsdrehmoment (d.h. Schwungraddrehmoment) ergibt.
Ein Mikroprozessor basierter Systemcontroller 46 empfängt Eingangssignale 48 von dem Fahrpedalstellungssensor 40, dem Getriebeschaltaktuator 38, ein Signal GR_T, von der Fahrerbedienkonsole 50, ein Signal ES, das die Motordrehzahl kennzeichnet, von einem Sensor 52, ein Signal IS von einem Eingangswellendrehzahlsensor 54 und/oder ein Signal OS von einem Ausgangswellendrehzahlsensor 56. Die Eingangssignale können ferner ein Signal von dem Kupplungsaktuator 34, das den eingerückten oder ausgerückten Zustand der Hauptkupplung 16 kennzeichnet, und/oder dem Getriebeaktuator 38 enthalten. X-Y-Schalteinrichtungen und Schaltpositionssensoren sind aus den US-Patentschriften Nr. 5 729 110 und 5 743 143 ersichtlich. Der Systemcontroller bzw. die Systemsteuerungseinrichtung verarbeitet diese Eingangssignale gemäß vorbestimmten logischen Regeln, um Ausgangsbefehlssignale 58 an verschiedene Systemaktuatoren, einschließlich des Motorcontrollers 44, auszugeben. In bestimmten Systemen kann die ECU 46 mit dem Motorcontroller 44 integral ausgebildet sein.
Wie allgemein bekannt ist, empfangen und befolgen elektronisch gesteuerte/geregelte Hochleistungs-Dieselmotoren, die Industriestandardprotokollen, beispielsweise SAE J-1922 und/oder SAE J-1939, entsprechen, Befehle, um in wenigstens vier unterschiedlichen Modi zu arbeiten:

(1) einem Modus, bei dem die Motorkraftstoffbelieferung unter der Steuerung durch den Fahrzeugführer erfolgt und der Motor gemäß der durch den Fahrzeugführer vorgenommenen Positionierung des Fahrpedals 42 mit Kraftstoff beliefert wird;
(2) einem Motordrehzahlsteuerungsmodus, in dem der Motor mit Kraftstoff beliefert wird, um eine befohlene Motordrehzahl zu erreichen;
(3) einem Drehmomentsteuerungsmodus, in dem der Motor derart mit Kraftstoff beliefert wird, dass das Motordrehmoment ein angefordertes maximales Motordrehmoment erreicht; und
(4) einem Drehzahl- und Drehmomentbegrenzungsmodus, in dem der Motor derart mit Kraftstoff beliefert wird, dass die Motordrehzahl und das Motordrehmoment ihre angeforderten maximalen Werte nicht überschreiten.

Das Drehmoment wird gewöhnlich als ein Prozentsatz der maximal bemessenen Gesamt-, Ausgangs- oder sonstigen Drehmomentnenngröße des Motors angefordert.
Um eine gewünschte einfache oder Gangstufen überspringende Hochschaltung durch Einrückung nicht synchronisierter Klauenkupplungen zu vollenden, ist es erforderlich, dass die Motordrehzahl auf einen im Wesentlichen synchronen Wert (ES_ZIEL = OX × GR_T) ± X) herabgesetzt wird. Siehe beispielsweise US-Patentschrift Nr. 5 682 790.
In den automatisierten mechanischen Getriebesystemen nach dem Stand der Technik wurde, wenn es erforderlich war, die Motordrehzahl wesentlich zu reduzieren, um eine Synchronisierung zur Einrückung einer Hochschaltzielgangstufe zu erzielen, dem Motor befohlen, in dem Motordrehzahlsteuerungsmodus zu arbeiten, um die Zielmotordrehzahl zu erreichen (ES = ES_ZIEL). Der Motor würde dann die Reglersteuerung ausführen, die erforderlich ist, um diese gewünschte Dreh zahl zu erreichen. Die Motorverzögerungsrate, die auftritt, ist von der Implementierung des Drehzahlsteuerungsmodus durch den Motorhersteller abhängig und kann manchmal unerwünscht niedrig sein, da die Implementierung versucht, eine sanfte rampenartig abgemilderte Herabsetzung bis zu der Zielmotordrehzahl zu erreichen. Der hier verwendete Ausdruck „rampenartig" bzw. „abgemildert" soll eine gesteuerte Verzögerungsrate bedeuten, die kleiner ist als die Rate der ungesteuerten Motorverzögerung. Die Linie 62 in 2 veranschaulicht in schematisierter Weise eine typische Reaktion in dem Motordrehzahlsteuerungsmodus, um die Motordrehzahl auf die gewünschte Motordrehzahl zum Einlegen der Zielgangstufe zu verringern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung haben die Anmelder entdeckt, dass, wenn eine wesentliche Verringerung der Motordrehzahl erforderlich ist, durch Verwendung des Drehmomentsteuerungsmodus oder des Drehzahl- und Drehmomentbegrenzungsmodus und durch Anforderung, dass sich das maximale Drehmoment auf einen verhältnismäßig niedrigen Wert (beispielsweise ein Nullmoment) einstellt, der Motor ohne einen Versuch des Motorcontrollers, den Wert sanft abzumildern, so schnell wie möglich in Richtung auf die gewünschte Motordrehzahl verlangsamen wird. Dies stellt sicher, dass die maximale Motorverzögerungsrate erhalten wird, und verkürzt die Zeitdauer zur Vollendung eines Hochschaltvorgangs. Die Linie 64 in 2 veranschaulicht in schematisierter Weise eine Motordrehzahl in dem Drehmomentsteuerungsmodus mit einem Nullmomentbefehl. Eine ähnliche Linie wäre in dem Drehzahl- und Drehmoment begrenzenden Betriebsmodus zu sehen. Da die Drehzahlen der in Eingriff kommenden Klauenkupplungsglieder die Synchronität überschreiten, kommen die Klauenkupplungsglieder in Eingriff.
Dies ist insbesondere für einrückende Split-Kupplungen der Fall, die zum Einrücken keine Genauigkeit erfordern. 3 zeigt eine schematisierte Darstellung des Motordrehzahlsteuerungsverfahrens zum Hochschalten gemäß der vorliegenden Erfindung in Form eines Flussdiagramms. Dieses ist weniger erwünscht, da das System die Motordrehzahl veranlassen kann, Torsionsschwingungen in dem Antriebsstrang „nachzulaufen".
In einem weiteren alternativen Modus, wie er in 4 veranschaulicht ist, kann, wenn die momentane Motordrehzahl größer ist als die Zielmotordrehzahl (ES > ES_ZIEL), ein Betrieb in dem Drehmomentsteuerungsmodus oder dem Drehzahl- und Drehmomentbegrenzungsmodus befohlen werden.
Alternativ kann, wenn die Motordrehzahl sich innerhalb einer verhältnismäßig kleinen Bandbreite (von ungefähr ± 10-20 U/Min) der Zielsynchrondrehzahl 66 annähert, der Motor anschließend angewiesen werden, in dem Motordrehzahlsteuerungsmodus zu arbeiten und die exakte Zielmotordrehzahl zu erreichen.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Motordrehzahl in einem automatisierten Getriebesystem, das einen elektronisch gesteuerten/geregelten Motor enthält, der (i) einen Drehzahlsteuerungsbetriebsmodus, in dem der Motor mit Kraftstoff beliefert wird, um die Motordrehzahl zu veranlassen, in einer abgemilderten Weise einen gewünschten Motordrehzahlwert (ES_ZIEL) zu erreichen, und (ii) wenigstens entweder (a) einen Drehmomentsteuerungsbetriebsmodus, in dem der Motor mit Kraftstoff beliefert wird, um das Motordrehmoment zu veranlassen, einen angeforderten Motordrehmomentwert einzunehmen, und in dem die Motorverzögerung nicht gesteuert ist, und/oder (b) einen Drehzahl- und Drehmomentbegrenzungsmodus aufweist, in dem der Motor mit Kraftstoff beliefert wird, um das Motordrehmoment zu veranlassen, nicht größer als ein angeforderter Motordrehmomentwert zu sein, und in dem die Motorverzögerung nicht gesteuert ist, wobei das Verfahren durch die Schritte gekennzeichnet ist: Erfassung der momentanen Motordrehzahl (ES); Bestimmung einer gewünschten Motordrehzahl (ES_ZIEL); und wenn die Differenz zwischen der momentanen und der gewünschten Motordrehzahl größer ist als ein erster Referenzwert ((ES – ES_ZIEL) > REF₁), Befehlen eines Betriebs in entweder dem Drehmomentsteuerungsbetriebsmodus, um das Drehmoment zu veranlassen, einen minimalen Motordrehmomentwert einzunehmen, oder dem Drehzahl- und Drehmomentbegrenzungs betriebsmodus, um das Drehmoment auf einen minimalen Motordrehmomentwert zu begrenzen.
Verfahren nach Anspruch 1, das den weiteren Schritt enthält, wonach: für den Fall, dass eine Änderung der Motordrehzahl erforderlich ist und die Differenz zwischen der momentanen und der gewünschten Motordrehzahl kleiner ist als der erste Referenzwert ((ES – ES_ZIEL) < REF₁), ein Betrieb in dem Drehzahlsteuerungsbetriebsmodus befohlen wird, um zu bewirken, dass die Motordrehzahl gleich einer erforderlichen Motordrehzahl ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der minimale Drehmomentwert in etwa ein Nullmoment ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Motor einen Mikroprozessor basierten Motorcontroller enthält, wobei der Motor einen Mikroprozessor basierten Motorcontroller enthält, der über einen elektronischen Datenlink kommuniziert.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Datenlink mit einem Industriestandardprotokoll übereinstimmt, der einem der Protokolle SAE J-1922, SAE J-1939 und/oder ISO 11898 entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Referenzwert ungefähr 10-20 U/Min beträgt.
Steuerungssystem zur Steuerung der Motordrehzahl in einem automatisierten Getriebesystem, das einen elektronisch gesteuerten Motor und einen Mikroprozessor basierten Motorcontroller enthält, der über einen elektronischen Datenlink kommuniziert und logische Regeln enthält, die (i) einen Drehzahlsteuerungsbetriebsmodus, in dem der Motor mit Kraftstoff beliefert wird, um die Motordrehzahl zu veranlassen, einen gewünschten Motordrehzahlwert (ES_ZIEL) in einer abgemilderten Weise zu erreichen, und (ii) wenigstens entweder (a) einen Drehmomentsteuerungsbetriebsmodus, in dem der Motor mit Kraftstoff beliefert wird, um zu veranlassen, dass das Motordrehmoment einen angeforderten Motordrehmomentwert einnimmt, und in dem die Motorverzögerung nicht gesteuert ist, und/oder (b) einen Drehzahl und Drehmoment begrenzenden Modus aufweist, in dem der Motor mit 'Kraftstoff beliefert wird, um zu veranlassen, dass das Motordrehmoment nicht größer als ein angeforderter Motordrehmomentwert ist, und in dem die Motorverzögerung nicht gesteuert ist, wobei das Steuerungssystem dadurch gekennzeichnet ist, dass der Motorcontroller logische Regeln enthält, die dazu dienen: die momentane Motordrehzahl (ES) zu erfassen; eine gewünschte Motordrehzahl (ES_ZIEL) zu bestimmen; und falls die Differenz zwischen der momentanen und der gewünschten Motordrehzahl größer ist als ein erster Referenzwert ((ES – ES_ZIEL) > REF₁), einen Betrieb in entweder dem Drehmomentsteuerungsbetriebsmodus, um das Drehmoment zu veranlassen, einen minimalen Motordrehmomentwert einzunehmen, oder dem Drehzahl und Drehmoment begrenzenden Betriebsmodus zu befehlen, um das Drehmoment auf einen minimalen Motordrehmomentwert zu begrenzen.
Steuerungssystem nach Anspruch 7, wobei die logischen Regeln wirksam sind, um: für den Fall, dass eine Änderung der Motordrehzahl erforderlich ist und die Differenz zwischen der momentanen und der gewünschten Motordrehzahl kleiner ist als der erste Referenzwert ((ES – ES_ZIEL) < REF₁), einen Betrieb in dem Drehzahlsteuerungsbetriebsmodus zu befehlen, um zu bewirken, dass die Motordrehzahl gleich einer erforderlichen Motordrehzahl ist.
Steuerungssystem nach Anspruch 7, wobei der minimale Drehmomentwert in etwa ein Nullmoment ist.
Steuerungssystem nach Anspruch 7, wobei der Datenlink einem Industriestandardprotokoll entsprechend entweder SAE J-1922, SAE J-1939 und/oder ISO 11898 entspricht.
Steuerungssystem nach Anspruch 7, wobei der Referenzwert (REF₁) ungefähr 10-20 Umdrehungen pro Minute beträgt.
Verfahren zur Steuerung der Motordrehzahl in einem automatisierten Getriebesystem, das einen elektronisch gesteuerten/geregelten Motor mit (i) einem Drehzahlsteuerungsbetriebsmodus, in dem der Motor mit Kraftstoff beliefert wird, um die Motordrehzahl zu veranlassen, einen gewünschten Motordrehzahlwert (ES_ZIEL) in einer abgemilderten Weise einzunehmen, und (ii) wenigstens entweder (a) einem Drehmomentsteuerungsbetriebsmodus, in dem der Motor mit Kraftstoff beliefert wird, um zu bewirken, dass das Motordrehmoment einen angeforderten Motordrehmomentwert einnimmt, und in dem die Motorverzögerung nicht gesteuert ab läuft, und/oder (b) einem Drehzahl und Drehmoment begrenzenden Modus, in dem der Motor mit Kraftstoff beliefert wird, um das Motordrehmoment zu veranlassen, nicht größer als ein angeforderter Motordrehmomentwert zu sein, und indem die Motorverzögerung nicht gesteuert abläuft, enthält, wobei das Verfahren durch die Schritte gekennzeichnet ist, wonach: die momentane Motordrehzahl (ES) erfasst wird; eine gewünschte Motordrehzahl (ES_ZIEL) bestimmt wird; und falls die momentane Motordrehzahl größer ist als die gewünschte Motordrehzahl (ES > ES_ZIEL) ein Betrieb in entweder dem Drehmomentsteuerungsbetriebsmodus, um das Drehmoment zu veranlassen, einen minimalen Motordrehmomentwert einzunehmen, oder dem Drehzahl und Drehmoment begrenzenden Betriebsmodus befohlen wird, um das Drehmoment auf einen minimalen Motordrehmomentwert zu begrenzen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der minimale Drehmomentwert in etwa ein Nullmomentwert ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Motor einen Mikroprozessor basierten Motorcontroller enthält, der über einen elektronischen Datenlink kommuniziert.