DE60207737T2

DE60207737T2 - Schaltsteuerungsstrategie zur verwendung mit einem zu einer aufgeladene brennkraftmaschine angeschlossenen automatisierten schaltgetriebe

Info

Publication number: DE60207737T2
Application number: DE60207737T
Authority: DE
Inventors: Douglas Kevin BEATY
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2022-08-29
Also published as: WO2003018974A1; DE60207737D1; JP2005500944A; US6692406B2; BR0212626A; US20030060328A1; CN1322229C; EP1421269B1; EP1421269A1; CN1547643A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft automatisierte manuell geschaltete Getriebe, insbesondere automatisierte manuelle Getriebe, die ständig miteinander kämmende Zahnräder einsetzen und gleitende Klauenkupplungen verwenden, um eine gewünschte Gangstufe einzulegen, und die in Verbindung mit turbogeladenen Brennkraftmaschinen verwendet werden. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Steuerung der Betriebsparameter des Motors, mit dem das Getriebe gekoppelt ist, und eine Steuerung des Getriebes sowie eine Leitsteuerung von beiden.
Beschreibung des Standes der Technik
Bekannte Schaltsteuerungsstrategien für automatisierte manuelle Getriebe basieren auf Befehlen von einer elektronischen Steuereinheit des Getriebes an eine elektronische Steuereinheit des Motors für bestimmte Gänge und Lasten während der Gangwechsel. Die automatisierten manuell geschalteten Getriebe verwenden gleitende Klauenkupplungen und sind gewöhnlich zum Schalten unter Last nicht geeignet. Um eine Schaltung zu bewerkstelligen, muss die Motorleistung zunächst verringert werden. Gewöhnlich ist damit eine Verringerung des Ladedrucks des Turboladers des Motors während des Schaltereignisses verbunden, was ein weniger als optimales Fahrzeugverhalten zur Folge hat.
Mit bekannten automatisierten manuell geschalteten Getrieben ausgestattete Fahrzeuge, gewöhnlich Lastkraftwagen, stützen sich auf einen Drossel- oder Einspritzmengen- Regelstangen- oder Fahrpedalstellungssensor, der ein entsprechendes Signal liefert, einen Motordrehzahlsensor und einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, um die Fahreranforderung sowie zugehörige Motor- und Getriebebetriebsbedingungen zu bestimmen. Unter Bedingungen einer starken Beschleunigung drückt der Fahrer das Fahrpedal bis zum Boden nieder. Eine Verstellung des Fahrpedals bis zum Boden ergibt einen Wert von ungefähr 100% des verfügbaren Arbeitsbereichs des Fahrpedalpositionssensors. Der Motor reagiert durch Erhöhung der Rate, mit der Kraftstoff dem Motor zugemessen wird (der Kraftstoffzufuhrrate), bis maximale Leistung erreicht ist. An diesem Punkt wird das nächste Getriebezahnrad ausgewählt, um eine fortgesetzte Beschleunigung des Fahrzeugs zu ermöglichen. Zur Übertragung von Befehlen in dem Antriebsstrang- oder Kraftübertragungssystem wird ein industriestandardgemäßes Steuerungskommunikationsprotokoll, beispielsweise SAE J1939, eingesetzt. Das Getriebe setzt das von dem Fahrpedalpositionssensor herrührende Signal außer Kraft und weist den Motor an, einen Zustand mit reduzierter Drehzahl und Last einzunehmen, während das Getriebe aus einem Gang heraus geschaltet wird. Wenn die Motordrehzahl und Last verringert werden, nehmen auch die Drehzahl des Turboladers und der zugehörige Ladedruck ab. Wenn das Getriebe in die Zielgangstufe geschaltet worden ist, wird ein Befehl zur Wiederherstellung der vollen Leistung ausgegeben. Jedoch ist die Ansprechzeit des Motors wenigstens zum Teil um die Zeitdauer verzögert, die zur Beschleunigung oder Erhöhung der Drehzahl des Turboladers erforderlich ist. Die beschriebene Verzögerung wird üblicherweise als Turboladerverzögerung bezeichnet. Wenn nachfolgende Hochschaltungen durchgeführt werden, steigt die kumulative Auswirkung auf die Fahrzeuggeschwindigkeit weiter an, wie dies in 3 veranschaulicht ist. Es be steht der Wunsch nach einem Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangsystems, das die mit einer Schaltung eines automatisierten manuellen Getriebes verbundene Turboladerverzögerung auf ein Minimum reduziert.
US-Patentschrift 6 089 018 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung einer variablen Turbinengeometrie eines Abgasturboladers, der eine Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges auflädt. Die Turbinengeometrie wird in Abhängigkeit von der Betriebslast der Brennkraftmaschine zwischen der Öffnungsstellung im Leerlauf und der Schließstellung bei Volllastbetrieb verstellt. Um das instationäre Betriebsverhalten des Abgasturboladers und der Brennkraftmaschine insbesondere während längerer Beschleunigungsphasen des Kraftfahrzeuges zu verbessern, wird die Turbinengeometrie während einer Schaltpause zum Wechseln von Gangstufen in eine Schaltpausenstellung geführt, die von der Betriebslast unabhängig vorgegeben ist. In der Schaltpausenstellung ist ein reduzierter Anströmquerschnitt der Turbine in dem Abgasstrom freigegeben. Dadurch wird ein Abfallen der Laderdrehzahl während der Schaltpause und die damit verbundene Verzögerung des Drehmomenten- und Ladedruckaufbaus der Brennkraftmaschine verhindert.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung, wie sie im Anspruch 1 definiert ist, offenbart ein Verfahren zur Steuerung einer Hochschaltung eines Fahrzeugantriebstrangsystems, das mit einem turbogeladenen Verbrennungsmotor verwendet wird, der in einer maximalen Fahrpedalstellung oder einem Volllastzustand betrieben wird. Das Antriebsstrangsystem enthält ein mehrgängiges Geschwindigkeitswechselgetriebe und eine Steuereinheit zur Steuerung des Motors und des Getriebes. Das Verfahren enthält die folgenden Schritte. Es werden ein oder mehrere Motorbetriebsparameter für die Steuerung durch die Steuereinheit ausgewählt. Ein ausgewählter Motorbetriebsparameter ist die Turbolader-Ladedruckregelventileinstellung. Die Steuereinheit stellt fest, dass eine Hochschaltung von einem ersten Gang in einen zweiten Gang gerade stattfinden soll. Bei einer Feststellung, dass eine Hochschaltung gerade stattfinden soll, wird der Motor in einen Übergangsbetriebszustand versetzt. Der Übergangsbetriebszustand enthält die Schritte: Verringerung einer Größe wenigstens entweder der Motordrehzahl und/oder des Motordrehmomentes, um eine Schaltung aus dem ersten Gang heraus zu ermöglichen, und gleichzeitige Steuerung oder Modulation des ausgewählten Motorbetriebsparameters zur Aufrechterhaltung eines Ladedrucks (d. h. einer erhöhten Ansaugluftmenge oder eines durch den Turbolader erzeugten Ladedrucks). Die Steuereinheit stellt fest, dass der Schaltvorgang aus dem ersten Gang heraus zu Ende geführt worden ist. Bei einer Feststellung, dass der aus dem ersten Gang heraus durchgeführte Schaltvorgang beendet worden ist, wird der Motor zurück in den Volllastzustand überführt. Der ausgewählte Motorparameter wird sofort derart gesteuert, um die Drehmomentabgabe des Motors nach dem Schaltvorgang aus dem ersten Gang zu erhöhen. Die Steuerung des ausgewählten Motorparameters wird mit der Schaltung des Getriebes abgestimmt, um die mit einer Schaltung verbundene Turboladerverzögerung zu verringern und dadurch eine Leistungsabgabereaktionszeit des Motors zu verkleinern. Alternativ kann dieses Steuerungsverfahren dazu verwendet werden, Abgasemissionen während Schaltereignisse zu reduzieren.
Ferner ist ein Steuerungssystem nach Anspruch 3 zur Steuerung der Hochschaltung eines Kraftfahrzeugantriebstrangsystems beschrieben, das mit einem turbogeladenen Verbrennungsmotor eingesetzt wird, der bei einer maximalen Fahrpedalstellung betrieben ist. Das Antriebsstrangsystem enthält ein mehrgängiges Geschwindigkeitswechselgetriebe und eine Steuereinheit zur Steuerung sowohl des Motors als auch des Getriebes. Die Steuereinheit weist logische Regeln auf, die im Einsatz dazu dienen, die folgenden Schritte auszuführen. Die logischen Regeln ermöglichen eine Feststellung, dass eine Hochschaltung von einem ersten Gang zu einem zweiten Gang gerade durchgeführt wird oder durchgeführt werden soll. Bei einer Feststellung, dass eine Hochschaltung gerade durchgeführt wird oder werden soll, wird der Motor in einen Übergangsschaltbetriebsmodus versetzt. Der Übergangsschaltbetriebsmodus enthält die Schritte: Verringerung einer Größe wenigstens entweder der Motordrehzahl und/oder des Motordrehmoments, um eine Schaltung aus dem ersten Gang heraus zu ermöglichen, und Steuerung oder Modulation eines ausgewählten Motorbetriebsparameters zur Aufrechterhaltung eines (durch den Turbolader erzeugten) Ladedrucks, während gleichzeitig die Größe wenigstens entweder der Motordrehzahl und/oder des Drehmomentes verringert wird. Der ausgewählte Motorbetriebsparameter wird aus mehreren Parametern ausgewählt, zu denen gehören: Kraftstoffeinspritztakt, Kraftstoffeinspritzrate, Kraftstoffeinspritzdruck, Einstellung des Turbolader-Ladedruckregelventils, Drosseleinstellung für die Ansaugluft, Schaufelpositionseinstellung des Turboladers mit variabler Geometrie und Betätigungszustand des Motorventils. Die logischen Regeln ermöglichen ferner eine Feststellung, dass die Schaltung aus dem ersten Gang zu Ende geführt worden ist. Der ausgewählte Motorbetriebsparameter wird unmittelbar derart gesteuert, um die Drehmomentabgabe des Motors nach dem aus dem ersten Gang durchgeführten Schaltvorgang zu erhöhen. Die Steuerung des ausgewählten Motorparameters ist mit der Schaltung des Getriebes abgestimmt, um die mit einer Schaltung verbundene Turboladerverzögerung zu verringern, um dadurch eine Leistungsabgabe des Motors im Wesentlichen sofort nach der Vollendung der Hochschaltung zu steigern.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebstrangsystems bereit, das entweder die Turboladerverzögerung oder die Abgasemissionen, die mit einer Schaltung eines automatisierten manuellen Getriebes verbunden sind, auf ein Minimum reduziert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangsteuerungssystems.
2 zeigt ein Bild der Beschleunigungsparameter.
3 zeigt ein Bild, das die Auswirkung der Turboladerverzögerung auf die Fahrzeugleistung veranschaulicht.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Ein wenigstens teilweise automatisiertes Fahrzeugantriebsstrang- oder -kraftübertragungssystem 10, das das Steuerungssystem und -verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, ist in schematisierter Weise in 1 veranschaulicht. Das System 10 ist vorzugsweise voll automatisiert. Ein Beispiel eines vollautomatisierten Systems ist in der US-Patentschrift 4 361 060 dargestellt.
In dem System 10 ist ein Geschwindigkeitswechselgetriebe 14, das einen allgemein bekannten Vorgelegewellenaufbau mit mehreren ständig miteinander kämmenden Zahnrädern verwendet, die gezielt durch gleitende Klauenkupplungen in Eingriff gebracht werden, mit einer turbogeladenen Brennkraftmaschine oder einem Verbrennungsmotor 12 durch eine Reibungshauptkupplung 18 verbunden. Das Getriebe 14 kann eine Split-/Range-Hilfseinheit enthalten, die zusätzliche Getriebegangstufen bereitstellt. Das Getriebe 14 kann, um ein Beispiel anzugeben, von der Bauart sein, wie sie in dem Stand der Technik allgemein bekannt ist und durch die Anmelderin dieser Anmeldung, Eaton Corporation, unter der Handelsmarke „Super-10" und „Lightning" vertrieben wird und wie sie in größeren Einzelheiten in den US-Patentschriften Nr. 4 754 665 und 5 974 354 ersichtlich ist.
Der Motor 12 ist turbogeladen. Dies bedeutet, dass der Motor 12 einen Turbolader 15 enthält. Turbolader sind auf dem Gebiet der Brennkraftmaschinen und Motorsteuerungen allgemein bekannt. Ein Turbolader erhöht die Leistungsabgabe eines Motors durch Verwendung einer durch Abgase angetriebenen Turbine oder eines Laufrads, die bzw. der zusätzliche Luft in die Motorzylinder drückt. Turbolader 15 weisen eine Verdichtergruppe auf, die durch eine Turbinengruppe angetrieben ist. Die Turbinengruppe weist ein Turbinenrad mit mehreren an diesem befestigten Turbinenlaufschaufeln auf. Abgase werden von den Motorzylindern zu der Turbinengruppe geleitet. Die Abgase wirken gegen die Turbinenlaufschaufeln, um das Turbinenrad zu drehen. Eine Drehung des Turbinenrads verdreht wiederum einen Radial- oder Zentrifugalverdichter, der die Verdichtergruppe aufweist. Der Zentrifugalverdichter zieht frische Luft ein und drückt diese während des Motoransaugzyklus in die Motorzylinder. Gewöhnlich wird auf der Turbinenseite eine Luftdruckregeleinrichtung (Wastegate) zur Steuerung der Menge des Abgases, das die Turbine erreicht, eingesetzt. Dies dient dazu, den Turbolader daran zu hindern, einen Ladedruck oder einen Druck komprimierter Luft zu großen Betrags an den Motor zu liefern. Turbolader mit variabler Geometrie stellen alternative Mittel zur Steuerung des Ladedrucks bereit. Durch Veränderung des Winkels der Laufschaufeln in Bezug auf die Richtung der Abgasströmung kann das Maß der Ladung und Verdichtung gesteuert werden.
Der Motor 12 enthält eine Kurbelwelle 20, die an einem Antriebsglied 22 einer Hauptkupplung 18 befestigt ist. Das Antriebsglied 22 steht mit einem Abtriebsglied 24 der Hauptkupplung 18 reibschlüssig in Eingriff und außer Eingriff. Das Abtriebsglied 24 ist an einer Eingangswelle 26 des Getriebes 14 angebracht. Eine Getriebeausgangswelle 28 ragt von dem Getriebe 14 weg. Die Getriebeausgangswelle 28 ist über eine Antriebsachse 30 oder ein Verteilergetriebe mit den Fahrzeugantriebsrädern antriebsmäßig verbunden.
Die Begriffe „in Eingriff" oder „eingerückt" und „außer Eingriff" oder „ausgerückt", wie sie in Verbindung mit der Hauptreibungskupplung 18 verwendet werden, beziehen sich auf die Kapazität oder mangelnde Kapazität der Kupplung, eine beträchtliche Drehmomentgröße zu übertragen. Ein eher zufälliger Kontakt der Reibungsflächen, ohne wenigstens eine minimale Klemmkraft, wird nicht als Eingriff angesehen.
Die Hauptreibungskupplung 18 wird durch Betätigung eines Kupplungsbetätigungsmechanismus 32 gezielt eingerückt und ausgerückt. Passable Kupplungsbetätigungsmechanismen umfassen pneumatische oder hydraulische Kolben, die einen herkömmlichen Schalthebel verschwenken, der ein Freigabelager verschiebt, das in einer im Stand der Technik allgemein bekannten Weise wirkt. Im Rahmen der folgenden Erfindung können auch andere Betätigungseinrichtungen und Kupplungsarten, wie beispielsweise durch einen Kolben betätigte nasslaufende Mehrscheibenkupplungen, verwendet werden. Der Kupplungsbetätigungsmechanismus 32 muss mittelbar oder unmittelbar auf ein fern ausgelöstes elektronisches Steuersignal ansprechen.
Das Antriebsstrangsystem 10 enthält ferner Drehzahlsensoren 34 zur Erfassung der Motordrehzahl, 36 zur Erfassung der Getriebeeingangswellendrehzahl und 38 zur Erfassung der Getriebeausgangswellendrehzahl und zur Bereitstellung hierfür kennzeichnender Signale. Die in Verbindung mit der Drehzahl rotierender Elemente verwendeten Einheiten sind gewöhnlich Umdrehungen pro Minute oder U/min. Ein Fahrpedalpositionssensor 40 liefert ein Signal, das eine Fahrpedalstellung kennzeichnet. Das Signal für die Fahrpedalstellung wird gewöhnlich in Form eines prozentuellen Anteils (0% bis 100%) des verfügbaren Fahrpedalhubs ausgedrückt. Der 100%-Zustand wird bei Dieselmotoren auch als ein volleingestellter Regelstangenzustand bezeichnet. Der Motor 12 ist elektronisch gesteuert/geregelt. In der beispielhaften Ausführungsform enthält der Motor 12 einen elektronisch ansprechenden oder reagierenden Motorcontroller 42. Der Sensor 40 kann in Verbindung mit dem Controller 42 eingesetzt werden, um die Motorkraftstoffbelieferung zu steuern. Es sollte ohne weiteres verständlich sein, dass der Controller 42 tatsächlich aus mehreren elektronisch ansprechenden Komponenten, wie beispielsweise Kraftstoff einspritzeinrichtungen, Kraftstoffdruckregeleinrichtungen, Turbolader-Ladedruckregelventilen, Ansaugluftsteuereinrichtungen, Motorventiltaktsteuerungseinrichtungen, Turbolader-Schaufelpositionseinstelleinrichtungen, Motorventiltakteinstelleinrichtungen und Motorventilbetätigungszustandsteuerungseinrichtungen, bestehen kann.
Ein X-Y-Schaltaktuator 44 kann nach den Bauarten ausgeführt sein, wie sie in den US-Patentschriften Nr. 5 281 902 und 4 821 590 veranschaulicht sind. Der Aktuator 44 ist zur automatisierten oder elektronischen (Shift-by-Wire) Schaltung des Getriebes 14 vorgesehen. Ein beispielhafter Aktuator weist ein Paar elektrisch betriebener Motoren oder Servoeinrichtungen auf, die das Getriebe 14 über eine mechanische Verbindung schalten. Eine Schaltwählvorrichtung 46 ermöglicht dem Fahrer eines Fahrzeugs, einen Betriebsmodus auszuwählen, und liefert ein Signal, das die Gangstufe oder das Übersetzungsverhältnis des gewünschten Gangs oder eine Zielgangstufe kennzeichnet. Die Schaltwählvorrichtung 46, wie sie in 1 veranschaulicht ist, weist mehrere Gangbereichsknöpfe auf, die durch den Fahrzeugführer ausgewählt werden können. Die Schaltwählvorrichtung 42 könnte alternativ andere, hier nicht veranschaulichte Formen, wie beispielsweise die eines einen Schaltknauf aufweisenden Gangschalthebels, einnehmen. Der Hebel könnte zwischen Stellungen hin- und hergeschaltet werden, die Gangbereichen entsprechen.
Der Motorcontroller 42 und der X-Y-Schaltaktuator 44 kommunizieren durch das System 10 über eine elektronische Steuereinheit (ECU) 48 des Motors und eine Getriebe-ECU 50 sowie eine System-ECU 52. Die Motor-ECU 48 und die System-ECU 52 kommunizieren miteinander über einen ersten Multi plexdatenbus 54, der ein geeignetes Kommunikationsprotokoll, wie beispielsweise SAE J1922, SAE J1939, ISO 11898 oder dergleichen, verwendet. Die Getriebe-ECU 50 und die System-ECU 52 kommunizieren in ähnlicher Weise miteinander über einen zweiten Multiplexdatenbus 56. Es sollte verständlich sein, dass die Erfindung in gleicher Weise gut funktionieren würde, wenn eine oder mehrere der ECUs 48, 50 und 52 miteinander kombiniert oder zusammengeführt würden.
Die ECUs 48, 50 und 52 sind vorzugsweise Mikroprozessor basierte Steuereinheiten einer im Stand der Technik allgemein bekannten Bauart. Die ECUs 48, 50 und 52 nehmen Eingangssignale von dem Fahrpedalpositionssensor 40 und den Drehzahlsensoren 34, 36 und 38 über herkömmliche elektrische Signale und Strom leitende Elemente 58, beispielsweise Drahtleitungen, entgegen. Die ECUs 48, 50 und 52 verarbeiten derartige Signale entsprechend vorbestimmten logischen Regeln, um Ausgangsbefehlsignale an Systemaktuatoren, beispielsweise den Motorcontroller 42, den Schaltaktuator 44 und dergleichen, über die Leitungselemente 58 auszugeben. Die ECUs 48, 50 und 52 können ferner einander anweisen, Befehlssignale auszugeben. Das Kommunikationsprotokoll kann eine Priorität derartiger Befehle festlegen. Die ECUs speichern Steuerungsalgorithmen oder -programme zur Steuerung des Motors 12, des Getriebes 14 und der Kupplung 18.
Auf bekannte Weise ist es zur Ausrückung einer Klauenkupplung in einem mechanischen Fahrzeuggetriebe, insbesondere in einem Schwerlastfahrzeug, erforderlich, die Drehmoment induzierte Schaltblockade an der in Eingriff befindlichen Klauenkupplung zu lösen. Falls ein Öffnen der Hauptreibungskupplung 18 nicht erwünscht ist, kann die Drehmoment induzierte Schaltblockade gelöst werden, indem der Motor derart mit Kraftstoff beliefert wird, um eine Annäherung des Antriebsstrangdrehmomentes an den Wert Null zu bewirken, und/oder indem Drehmomentumkehrungen erzwungen werden, die zwangsläufig Übergänge durch den Nullmomentwert des Antriebsstrangs ergeben.
Voll- oder teilautomatisierte mechanische Getriebesysteme, die bei einer Feststellung, dass ein Schaltvorgang aus einer momentan eingelegten Gangstufe in den Leerlauf und anschließend in eine Zielgangstufe erwünscht ist, unter Beibehaltung der Hauptreibungskupplung des Fahrzeugs im eingerückten Zustand eine automatische Kraftstoffzufuhrsteuerung einleiten, um über der auszurückenden Klauenkupplung ein reduziertes Drehmoment zu bewirken, sind aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannt. Eine Schaltung bei eingerückt bleibender Hauptkupplung wird in vielen Situationen bevorzugt, da derartige Schaltungen dazu neigen, eine höhere Schaltqualität zu bieten und/oder weniger Verschleiß in dem Antriebsstrang zu verursachen. Zu diesen Systemen gehören Systeme, die versuchen, den Motor derart mit Kraftstoff zu beliefern, um ein Antriebsstrang-Nullmoment zu erreichen und aufrechtzuerhalten, wie dies in der US-Patentschrift 4 593 580 veranschaulicht ist, sowie Systeme, die den Motor derart mit Kraftstoff versorgen, um eine oder mehrere Drehmomentumkehrungen herbeizuführen, wie dies in der US-Patentschrift 4 850 236 veranschaulicht ist. Bei einer Erfassung eines Leerlaufzustands des Getriebes wird die Kupplung 18 im eingerückten Zustand gehalten, während die Motordrehzahl angewiesen wird, eine für das Einlegen einer gewünschten Gangstufe oder Zielgangstufe im Wesentlichen synchrone Drehzahl anzunehmen.
Eine Steuerung des Motordrehmomentes zur Erzielung eines gewünschten Ausgangs- oder Schwungraddrehmoments ist an sich bekannt und aus der US-Patentschrift 5 620 392 ersichtlich. Das Motordrehmoment, wie es hier verwendet wird, bezieht sich auf einen Wert, der ein Motordrehmoment, gewöhnlich das Bruttogesamtmotormoment, kennzeichnet, von dem aus ein Ausgangs- oder Schwungradmoment berechnet oder geschätzt werden kann. Die Beziehung zwischen dem Gesamtmotormoment und dem Schwungradmoment ist in den US-Patentschriften Nr. 5 509 867 und 5 490 063 erläutert. Ein Motordrehmomentwert kann unter Verwendung mehrerer Betriebsparameter, einschließlich der Kraftstoffströmungsrate, Luftströmungsrate und Lufttemperatur geschätzt werden. Um ein Beispiel anzugeben, Datenlinks, die SAE J1939 oder ähnlichen Protokollen entsprechen, ermöglichen der ECU 52, Befehle über den Datenlink auszugeben, damit der Motor gemäß einem beliebigen von verschiedenen Modi mit Kraftstoff beliefert wird, wie beispielsweise:

(i) entsprechend der vom Fahrzeugführer vorgegebenen Einstellung des Fahrpedals,
(ii) derart, um eine befohlene Motordrehzahl oder Zielmotordrehzahl zu erreichen,
(iii) derart, um ein befohlenes Motordrehmoment oder Zielmotordrehmoment zu erreichen, und
(iv) derart, um die Motordrehzahl oder das Motordrehmoment unterhalb von bestimmten im Vorfeld festgelegten Grenzwerten zu halten.

Es können viele Eingangs-/Datensignale, wie beispielsweise die Motordrehzahl, das Motordrehmoment und derglei chen, ebenfalls durch die Busse 54 und 56 und die Leitungselemente 54 übertragen werden.
Wie vorstehend erwähnt, verwendet die vorliegende Erfindung die Datenkommunikation von der Getriebe-ECU 50 zu der Motor-ECU 48. Die Kommunikation wird dazu verwendet, der Motor-ECU 48 zu signalisieren, dass die Motordrehzahl/das Motordrehmoment, die bzw. das der Pedalstellung entspricht, durch die Motor-ECU 48 bei dem Betrieb des Motorcontrollers 42 berücksichtigt werden soll.
Eine Unterbrechung des dem Getriebe 14 zugeführten Motordrehmomentes unterstützt oder erleichtert eine Schaltung durch Beseitigung der Drehmoment induzierten Schaltblockade an der eingerückten Klauenkupplung. Eine Drehmomentunterbrechung wird insbesondere dann benötigt, wenn sich das System in einem Zustand einer 100%igen Fahrpedalstellung befindet. Die Drehmomentunterbrechung wird gewöhnlich auf eine der beiden vorstehend beschriebenen Weisen erreicht: die Reibungshauptkupplung wird durch die Kupplungsbetätigungseinrichtung 32 ausgerückt, oder die Motorlast wird durch Steuerung des Motorcontrollers 42 auf null reduziert.
Ein Schaltvorgang ist durch die ECU 50 gesteuert. Die ECU 50 befiehlt eine Unterbrechung des Drehmomentes, um eine Schaltung zu ermöglichen. Wenn das Getriebedrehmoment entweder durch Verwendung der Hauptkupplung 18 oder durch Steuerung des Motorcontrollers 42 effektiv auf null verringert worden ist, schaltet der X-Y-Schaltaktuator 44, der auf die Getriebe-ECU 50 anspricht, das Getriebe von dem momentanen oder ersten Gang in einen zwischenliegenden neutralen Bereich oder eine Leerlaufstellung auf dem Weg zu einem Zielgang oder zweiten Gang.
Die hier verwendeten Bezugnahmen auf einen ersten und einen zweiten Gang sollen die Beschreibung nicht auf spezielle Gänge oder Gangbereiche beschränken. Erster Gang und zweiter Gang können nicht nur einem ersten Gang und einem zweiten Gang, sondern ebenfalls einem zweiten Gang und einem dritten Gang sowie einem dritten Gang und einem vierten Gang usw. entsprechen.
Die Motor-ECU 48 ist dazu programmiert, bei einer Benachrichtigung durch die Getriebe-ECU 50 zu erkennen, dass die Drehzahl-/Drehmomentreduktion, die mit der aufgrund der Schaltung notwendig gewordenen Drehmomentunterbrechung verbunden ist, lediglich vorübergehender Natur ist und dass unmittelbar nach der Auswahl und Einrückung der Zielgangstufe die maximale Leistung erforderlich sein wird. Die Motor-ECU 48 ist ferner programmiert, um entsprechend Steuerungsstrategien anzunehmen, die den Motor 12 auf eine schnelle Wiederherstellung der vollen Leistung vorbereiten. Die Strategien umfassen eine Anweisung an den Motorcontroller 42, einen ausgewählten Motorparameter zu steuern, um die nahezu augenblickliche Wiederherstellung der Leistung zu unterstützen. Derartige Schritte enthalten, ohne darauf beschränkt zu sein:
Steuerung des Turbolader-Ladedruckregelventils zur Aufrechterhaltung und/oder Erhöhung der Turboladerdrehzahl für die Zwecke der Aufrechterhaltung des Turboladerbetriebs und erhöhten Ladedrucks;
Verwendung einer variablen Zeitsteuerung (VVT, Variable Valve Timing) oder die Verwendung einer Ventildeakti vierung für die Zwecke der Aufrechterhaltung eines erhöhten Turboladerbetriebs und Ladedrucks.
2 zeigt eine graphische Darstellung unter Veranschaulichung des idealen Systemverhaltens unter Betriebsbedingungen der maximalen Fahrpedalstellung. Ein Graph 60 der Fahrpedalstellung zeigt den schnellen Anstieg auf die Ebene der 100%igen Fahrpedalstellung. Ein sägezahnförmiger Graph der Motordrehzahl 62 ist dem Graphen 60 überlagert. Die Motordrehzahlkurve 62 gibt Getriebeschaltungen vom ersten zum zweiten, zum dritten, zum vierten und zum fünften Gang wieder. Ein Fahrzeuggeschwindigkeitsgraph 64 zeigt eine stetige Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Fahrzeuggeschwindigkeit 64 entspricht dem durch den Sensor 38 gelieferten Signal. Die Motordrehzahl 62 entspricht dem Signal von dem Sensor 34. Die horizontale Achse 66 trägt als Maßstab Zeiteinheiten. Die vertikale Achse 68 ist in 2 nicht bezeichnet, würde jedoch mehrere Skalen tragen, die der Fahrpedalstellung (in Prozent), der Motordrehzahl (in U/min) und der Fahrzeuggeschwindigkeit (in Meilen pro Stunde/km pro Stunde) entsprechen. Die Motordrehzahlkurve 62 ist durch ein sägezahnförmiges Muster gekennzeichnet, das einen Rampenabschnitt 70 des ersten Gangs, einen Rampenabschnitt 72 des zweiten Gangs, einen Rampenabschnitt 74 des dritten Gangs, einen Rampenabschnitt 76 des vierten Gangs und einen Rampenabschnitt 78 des fünften Gangs aufweist.
3 vergleicht ein ideales System, wie es in 2 veranschaulicht ist, mit einer Näherung eines Systems, das an der Turboladerverzögerung „leidet". Die Verzögerungszeit wird durch die Notwendigkeit verursacht, die Turbine und den Kompressor auf eine Drehzahl zu beschleunigen, bei der eine effektive Ladung geschaffen wird. Die horizontale Achse 80 ist in Einheiten der Zeit (t) aufgetragen. Die vertikale Achse 82 trägt als Einheiten U/min für die Motordrehzahl und Meilen pro Stunde (MPH) oder Kilometer pro Stunde (KPH) für die Fahrzeuggeschwindigkeit. Eine ideale Fahrzeuggeschwindigkeitskurve 84 ist in gestrichelter Linie dargestellt. Eine durch die Verzögerung betroffene oder beeinflusste Kurve 86 ist in Form einer durchgezogenen Linie veranschaulicht.
Eine ideale Rampe des ersten Gangs einer Kurve 84 fällt mit einem tatsächlichen oder betriebsmäßigen Rampengraphen 90 des ersten Gangs zusammen, wie er in Form einer durchgezogenen Linie veranschaulicht ist. In gleicher Weise stimmt die mit dem Herausschalten des ersten Gangs verbundene Motordrehzahlreduktion bei einem idealen System und einem tatsächlichen System überein. Die vorhandene Turboladerverzögerung ist erst bei der Wiederanwendung der Motorbelastung im zweiten Gang sowohl in der Motordrehzahl als auch der Fahrzeuggeschwindigkeit erkennbar. Der Abschnitt 92 des zweiten Gangs der idealen Motordrehzahlspur 84 eilt demjenigen der tatsächlichen Spur 94 um einen zeitlichen Betrag voraus, der in 3 als TL veranschaulicht ist. Die Zeitdauer TL kann als „Turboladerverzögerung" gekennzeichnet werden. Diese Differenz TL ist an der Stelle, an der das Getriebe von dem zweiten Gang in den dritten Gang geschaltet wird, ungefähr die gleiche. Die nachfolgende Turboladerverzögerung des dritten Gangs veranschaulicht den kumulativen Effekt der Schaltungen von dem ersten zu dem zweiten und von dem zweiten zu dem dritten Gang. Die resultierende Lücke G2 ist ungefähr doppelt so groß wie die Lücke G1. Es sollte verständlich sein, dass die Turboladerverzögerung auch die Fahrzeuggeschwindigkeit berührt, wie dies durch die Einbrüche in der Kurve 86 wiedergegeben ist, die bewirken, dass sich die Kurve 86 von der idealen Kurve 84 unterscheidet.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht der Motorsteuerungsstrategie den Einsatz einer Anzahl beliebiger möglicher Strategien zur Erhöhung der Übergangsantwort des Motors unmittelbar nach Vollendung des Gangwechsels und eine nachfolgende Anwendung der vollen Leistung. Diese Strategien können eine Steuerung der Kraftstoffeinspritzzeiten, der Rate und/oder der Druckeinstellungen enthalten, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Sie reduzieren vorteilhafterweise die Turboladerverzögerungszeitdauer in erheblichem Umfang.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Hochschaltung eines Fahrzeugantriebstrangsystems (10), das mit einem turbogeladenen Verbrennungsmotor (12) verwendet wird, der in einer maximalen Fahrpedalstellung und in einem zugehörigen Volllastzustand betrieben wird, wobei das Antriebstrangsystem ein mehrgängiges Geschwindigkeitswechselgetriebe (14) und eine Steuereinheit (52) zur Steuerung des Motors und des Getriebes enthält, wobei das Verfahren aufweist, dass: – als ein Motorbetriebsparameter, der von der Steuereinheit zu steuern ist, die Turbolader-Ladedruckregelventileinstellung ausgewählt wird; – festgestellt wird, dass eine Hochschaltung aus einem ersten Gang in einen zweiten Gang gerade stattfindet; – bei einer Feststellung, dass eine Hochschaltung gerade stattfindet, der Motor in einen Übergangsschaltbetriebsmodus versetzt wird, der die Schritte enthält: – Verringerung einer Größe wenigstens entweder der Motordrehzahl und/oder des Motordrehmomentes, um eine Schaltung aus dem ersten Gang heraus zu ermöglichen, und gleichzeitige Steuerung des ausgewählten Motorbetriebsparameters, um den Ladedruck durch Aufrechterhaltung oder Erhöhung der Drehzahl des Turboladers aufrechtzuerhalten; – festgestellt wird, dass die aus dem ersten Gang heraus durchgeführte Schaltung vollendet worden ist; – bei einer Feststellung, dass die aus dem ersten Gang heraus durchgeführte Schaltung vollendet worden ist: – der Motor in den Volllastzustand zurück überführt wird, während ferner – der ausgewählte Motorparameter sofort derart gesteuert wird, um das Ausgangsdrehmoment des Motors zu erhöhen, und – die Steuerung des ausgewählten Motorparameters mit der Schaltung des Getriebes abgestimmt wird, um im Ergebnis die mit einer Schaltung verbundene Turboladerverzögerung zu verringern und dadurch eine Leistungsabgabeansprechzeit des Motors zu verringern.
Verfahren nach Anspruch 1, dass ferner den Schritt der Ausführung der Schaltung von dem ersten Gang zu dem zweiten Gang unter Verwendung eines Schaltaktuators aufweist, der auf ein Steuersignal von dem Controller anspricht.
Steuerungssystem zur Steuerung einer Hochschaltung eines Fahrzeugantriebsstrangsystems (10), das einen turbogeladenen Verbrennungsmotor (12) verwendet, der bei einer maximalen Fahrpedalstellung und in einem zugehörigen Volllastzustand betrieben ist, wobei das Antriebsstrangsystem ein mehrgängiges Geschwindigkeitswechselgetriebe (14) und eine Steuereinheit (52) zur Steuerung sowohl des Motors als auch des Getriebes enthält, wobei die Steuereinheit logische Regeln enthält, die dazu dienen, um: – festzustellen, dass gerade eine Hochschaltung aus einem ersten Gang in einen zweiten Gang stattfindet; – bei einer Feststellung, dass gerade eine Hochschaltung stattfindet, den Motor in einen Übergangsschaltbetriebsmodus zu versetzen, der die Schritte enthält: – Verringerung eine Größe wenigstens entweder der Motordrehzahl und/oder des Motordrehmomentes, um eine Schaltung aus dem ersten Gang heraus zu ermöglichen, und – Steuerung eines ausgewählten Motorbetriebparameters, um den Ladedruck durch Aufrechterhaltung oder Erhöhung der Drehzahl des Turboladers aufrechtzuerhalten, während die Größe wenigstens entweder der Motordrehzahl und/oder des Motordrehmomentes reduziert wird, wobei der ausgewählte Motorbetriebsparameter durch die Turbolader-Ladedruckregelventileinstellung gebildet ist; – festzustellen, dass die Schaltung aus dem ersten Gang heraus vollendet worden ist; – bei einer Feststellung, dass die Schaltung aus dem ersten Gang heraus vollendet worden ist: – den Motor zurück in den Volllastzustand zu überführen, während ferner – der ausgewählte Motorbetriebsparameter unmittelbar derart gesteuert wird, dass das Ausgangsdrehmoment des Motors erhöht wird, und – die Steuerung des ausgewählten Motorparameters mit der Schaltung abgestimmt wird, um die mit einer Schaltung verbundene Turboladerverzögerung zu verringern und dadurch eine Leistungsabgabeansprechzeit des Motors zu verringern.
System nach Anspruch 3, dass ferner den Schritt der Ausführung der Schaltung von dem ersten Gang zu dem zweiten Gang unter Verwendung eines Schaltaktuators aufweist, der auf ein Steuersignal von dem Controller anspricht.