DE60224236T2

DE60224236T2 - Verfahren zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine mit Prädiktion der Last des Drehmomentwandlers

Info

Publication number: DE60224236T2
Application number: DE60224236T
Authority: DE
Inventors: Bradley Dean 48167 Riedle; Jeffrey Allen 48188 Doering; Ronald Thomas 48309 Cowan
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2001-02-08
Filing date: 2002-01-17
Publication date: 2008-12-18
Anticipated expiration: 2022-01-18
Also published as: EP1231397B1; EP1231397A2; EP1231397A3; US6634984B1; DE60224236D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Motorleerlaufdrehzahl in einem Kraftfahrzeug, und insbesondere auf ein Verfahren zur Steuerung der Motorleerlaufdrehzahl bei eingelegter Vorwärts-Kupplung in einem Getriebe, wenn die Bremsen des Fahrzeuges beim Anfahren aus dem Betrieb in Neutral im Leerlauf gelöst werden.
Der Betrieb eines Fahrzeuges in Neutral im Leerlauf kann dann eingeleitet werden, wenn ein Fahrzeug zum Stillstand gebracht wird, während der Motor noch läuft, wenn zum Beispiel das Fahrzeug an einer Ampel angehalten wird. In solchen Situationen kann das Getriebe ausgekuppelt werden, d. h. in den Betrieb in Neutral im Leerlauf geschaltet werden, was sich durch die Entlastung des Motors günstig in bezug auf die Senkung des Kraftstoffverbrauches des Fahrzeuges insgesamt auswirkt.
Technisch zeichnet sich der Neutral-Leerlauf-Betrieb eines Fahrzeuges dadurch aus, daß das Fahrzeug steht, die Bremsen angelegt sind, der Gangschalthebel auf einen "Vorwärts"-Gangbereich eingestellt ist, und alle Kombinationen von drehmomentübertragenden Kupplungen, die ein Übersetzungsverhältnis zwischen dem Eingang und dem Ausgangsglied des Getriebes herstellen, gelöst sind.
Es ergibt sich daraus, daß sich im Neutral-Leerlauf-Betrieb die Getriebeeingangswelle im wesentlichen synchron mit der Motorabtriebswelle frei dreht.
Wenn sich ein Fahrzeug in Bewegung setzt, nachdem es im Stillstand gehalten wurde, spricht man vom Anfahren des Fahrzeuges aus dem Neutral-Leerlauf-Betrieb. Ein Verfahren beim Anfahren aus dem Neutral-Leerlauf-Betrieb besteht darin, daß der Fahrer ganz einfach aufhört, die Bremsen anzulegen und so dem Fahrzeug erlaubt, vorwärts zu kriechen. Die Erfinder haben hier erkannt, daß diese Art von langsamem Anfahren aus dem Leerlauf manchmal dazu führt, daß das Fahrzeug unerwünschte Geräusche macht, Schwingungen und Ruckeln (noise, vibration, harshness – NVH) beim Anfahren zeigt. Diese genannten unerwünschten Erscheinungen, NVH, sind in erster Linie das Ergebnis von Änderungen der Motordrehzahl beim Anfahren durch die Aufnahme der erhöhten Motorlast bzw. die Reaktion darauf, zu der es beim Wiedereinkuppeln des Getriebes kommt. Insbesondere nimmt mit zunehmendem oder abnehmendem Kupplungsdruck des Getriebes auch die Drehmomentlast an der Turbine des Drehmomentwandlers des Fahrzeuges zu oder ab, womit auch die Belastung des Pumpenrades zu- oder abnimmt. Das bedeutet, daß die Vorwärts-Kupplung beginnt, langsam zu packen, und das Motordrehmoment über das Getriebe zu übertragen, und das Fahrzeug beginnt, langsam vorwärts zu kriechen. Da herkömmliche Verfahren zur Motordrehzahlregelung jedoch die Motordrehzahl anhand der Annahme regeln, daß sich das Getriebe entweder in einem "Fahrbetrieb" (Drive) oder in "Neutral" befindet (im Gegensatz zu einem Zwischenbetrieb zwischen "Fahrbetrieb" und "Neutral"), neigt das Motordrehzahlregelsystem dazu, während der ganzen Anfahrphase ein unregelmäßiges Ansprechverhalten zu zeigen. Dies liegt daran, daß das Motordrehzahlregelsystem auf die allmählich zunehmende Motorlast anspricht.
Bis vor kurzem waren die NVH-Erscheinungen bzw. das Anfahrruckeln, die/das sich aus sich ändernden Motordrehzahlen ergeben, wenn das Getriebe einkuppelt, einigermaßen akzeptabel, hauptsächlich deshalb, weil sich die Fahrzeugbetreiber daran gewöhnt hatten, einen gewissen Grad von NVH-Erscheinungen zu erwarten, wenn sie den Gangschalthebel für das Fahrzeuggetriebe physisch von "Neutral" (oder "Park") auf eine "Fahrbetrieb"-Stellung schalten. Da der Neutral-Leerlauf-Betrieb aber in typischer Weise vom Fahrzeug selbst ausgelöst wird, ohne daß der Fahrer den Schalthebel betätigt, sind die NVH-Erscheinungen, bzw. das Anfahrruckeln, die/das aus der herkömmlichen Motordrehzahlregelung resultieren/resultiert, deutlicher spürbar und störender.
Ein Verfahren/System zur Steuerung eines Fahrzeuges mit den Merkmalen des Oberbegriffes der Patentansprüche 1 und 4 ist aus der JP-A-11200909 bekannt.
Einem ersten Aspekt der Erfindung zufolge wird ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeuges mit einem über eine Kupplung mit einem Getriebe gekuppelten Motor gestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Verfahren die Schritte der Bestimmung einer Drehmomentwandlerlast-Vorhersage beinhaltet, ausgehend von einer Drehmomentkapazität der Kupplung beim Anfahren aus einem Leerlauf-Neutral-Betriebszustand, und der Einstellung eines Motorbetriebsparameters so, daß das abgegebene Motordrehmoment auf besagte vorhergesagte Drehmomentwandlerlast begrenzt wird.
Die Kupplung kann eine Vorwärts-Kupplung oder alternativ dazu auch eine Rückwärts-Kupplung sein. Der Motorbetriebsparameter kann eine Kraftstoffeinspritzmenge sein. Alternativ dazu kann der Motorbetriebsparameter auch eine Ansaugluftmenge sein.
Das Verfahren kann weiterhin die Schritte der Auswahl eines geringeren der beiden Werte zwischen vorhergesagter Drehmomentwandlerlast und einer maximalen Motorbremsdrehmomentlast beinhalten. Die Drehmomentabgabe des Motors zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt kann so auf den kleineren der besagten Werte von vorhergesagter Drehmomentwandlerlast und einer maximalen Drehmomentwandlerlast begrenzt werden.
Einem zweiten Aspekt der Erfindung zufolge wird ein System zur Übertragung von Leistung von einem Fahrzeugmotor während des Anfahrens aus dem Neutral-Leerlauf-Betrieb gestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das System ein Getriebe mit einer Drehmomenteingangswelle aufweist, einer Drehmomentabtriebswelle und einem Zahnradgetriebemechanismus, welcher ausgelegt ist, einen Drehmomentflußweg zwischen der Drehmomenteingangswelle und der Drehmomentabtriebswelle herzustellen; mit einer Vorwärts-Kupplung zur Verbindung der Drehmomenteingangswelle mit dem Zahnradgetriebemechanismus, und mit einem Mikroprozessor, welcher eine Drehmomentwandlerlast-Vorhersage bestimmt und das Motorausgangsdrehmoment ausgehend von besagter Drehmomentwandlerlast-Vorhersage regelt.
Besagte Drehmomentwandler-Vorhersage kann auf einer Drehmomentkapazität der Kupplung basieren.
Besagtes Motorabtriebsdrehmoment kann dadurch begrenzt werden, daß der kleinere der Werte zwischen besagter Drehmomentwandlerlast-Vorhersage und einer maximalen Motorbremsdrehmomentlast gewählt wird.
Das zu einem gegebenen Zeitpunkt abgegebene Motordrehmoment kann auf den kleineren der beiden Werte von besagter Drehmomentwandlerlast-Vorhersage und einer maximalen Motorbremsdrehmomentlast begrenzt werden.
Die Erfindung soll nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beispielartig näher erläutert werden; dabei zeigt:
1: eine schematische Darstellung eines Planetengetriebes mit einer Vorwärts-Kupplung, welche im Drehmomentflußweg zwischen der Turbine eines hydrokinetischen Drehmomentwandlers und den Eingangselementen des Zahnradgetriebes liegt;
2: eine Tabelle, welche ein Muster der Anlege- und Lösezustände der Kupplungen und Bremsen für das in 1 dargestellte Getriebe zeigt;
3: eine schematische Darstellung des Steuersystems einschließlich des elektronischen Mikroprozessors zur Steuerung der Schließung der Kupplungen in einem geschlossenen Regelkreis;
4: einen Graphen, welcher die Änderungen im Abtriebsmoment und dem Kupplungsdruck zeigt, sowie die Änderungen der Motordrehzahl und der Turbinendrehzahl, jeweils in einem Neutral-Leerlauf-Zustand und beim anschließenden Einlegen der Vorwärts-Kupplung bei einem typischen Getriebe nach dem bisherigen Stand der Technik;
5: ein Flußdiagramm der Regelung der Motorleerlaufdrehzahl im Neutral-Leerlauf-Betrieb gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und
6: ein Flußdiagramm der Regelung der Motorleerlaufdrehzahl gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Es sei nun Bezug genommen auf die Zeichnungen, wo in 1 ein hydrokinetischer Drehmomentwandler allgemein bei 10 dargestellt ist, der ein beschaufeltes Pumpenrad 12 umfaßt, welches antreibbar mit einer Kurbelwelle 14 des Fahrzeugmotors verbunden ist.
Eine beschaufelte Turbine 16 ist treibend mit einem Kettenritzel 18 eines Kettentransfergetriebes verbunden. Ein beschaufelter Stator 20 ist zwischen dem kreisringförmigen Stromaustrittsbereich der Turbine und dem Stromeintrittsbereich des Pumpenrades angeordnet und wirkt in bekannter Weise so, daß er die Richtung des kreisringförmigen Flüssigkeitsstromes umlenkt, wodurch er eine Drehmomentvervielfachung im Drehmomentwandler 10 ermöglicht.
Beim Betrieb unter stabilisierten Bedingungen in den oberen Gangbereichen kann eine Reibungs-Überbrückungskupplung 22 geschlossen werden, um das Pumpenrad 12 treibend mit der Turbine 16 zu koppeln, so daß der hydrokinetische Drehmomentübertragungsweg im Triebstrang effektiv ausgeschaltet wird. Der Stator 20 ist über eine Freilaufkupplung 24 gegen Drehung in einer der Drehrichtung des Pumpenrades entgegengesetzten Richtung abgestützt, wobei die Freilaufkupplung an der Statorhohlwelle 26 verankert ist.
Zwei Planetengetriebezüge 28 und 30 sind um die Achse der Abtriebswelle 32 drehbar eingebaut, welche in bezug auf die Achse der Motorkurbelwelle versetzt angeordnet ist. Die Einheit 28 beinhaltet einen Zahnkranz 34, ein Sonnenrad 36, einen Planetenträger 38 und Planetenräder 40, die drehbar und in Verzahnungseingriff mit dem Zahnkranz 34 und dem Sonnenrad 36 auf dem Planetenträger 38 gelagert sind.
Der Getriebezug 30 umfaßt einen Zahnkranz 42, ein Sonnenrad 44, einen Planetenträger 46 und Planetenräder 48, die drehbar und in Verzahnungseingriff mit dem Sonnenrad 44 und dem Zahnkranz 42 auf dem Planetenträger 46 gelagert sind.
Der Planetenträger 46 bildet ein Drehmomentabgabeelemen für das Getriebe und ist treibend mit dem Abtriebsglied 48 verbunden, welches mit dem Endabtriebssonnenrad 50 eines Endabtrieb-Planetengetriebezuges 52 verbunden ist.
Über das Sonnenrad 50 hinaus beinhaltet der Endabtrieb-Planetengetriebezug 52 noch einen Zahnkranz 54, einen Planetenträger 56 und Planetenräder 58, die drehbar und in Verzahnungseingriff mit dem Sonnenrad 50 und dem Zahnkranz 54 auf dem Planetenträger 56 gelagert sind. Der Planetenträger 56 wirkt als ein Drehmomentabgabeelement des Getriebezuges 52 und ist mit dem Zahnkranz 60 eines Differentialgetriebes 62 verbunden.
Teil des Getriebezuges 62 ist ein doppelter Planetenträger 64, welcher einen ersten Satz Planetenräder 66 drehbar lagert, welche in Verzahnungseingriff mit einem Zahnkranz 60 und mit einem zweiten Satz Planetenräder 68 stehen, wobei letztere wiederum in Verzahnungseingriff mit dem Sonnenrad 70 stehen. Das Sonnenrad 70 wiederum ist treibend mit der Abtriebswelle 32 gekoppelt.
Der Planetenträger 64 ist treibend mit einer Drehmoment übertragenden Gegenwelle 72 gekoppelt. Die Welle 32 ist mit einem Antriebsrad des Fahrzeuges verbunden, und das gegenüberliegende Antriebsrad des Fahrzeuges ist mit der Abtriebswelle 72 verbunden. Die Verbindungen zwischen den Antriebsrädern und den jeweiligen Abtriebswellen werden in bekannter Weise über Wellengelenke und Halbwelleneinheiten hergestellt.
Ein dritter einfacher Planetengetriebezug 74 ist zwischen den beiden oben beschriebenen Planetengetrieben und dem hydrokinetischen Drehmomentwandler angeordnet. Er beinhaltet einen Zahnkranz 76, ein Sonnenrad 78, einen Planetenträger 80 und Planetenräder 82, die drehbar und in Verzahnungseingriff mit dem Zahnkranz 76 und dem Sonnenrad 78 auf dem Planetenträger 80 gelagert sind.
Der Planetenträger 80 ist mit der Drehmomenttransfer-Hohlwelle 84 verbunden, welche treibend mit dem Zahnkranz 34 des Getriebezuges 28 und dem Zahnkranz 42 des Getriebezuges 30 verbunden ist. Eine Freilaufbremse 86, deren Außenring 88 am Getriebegehäuse abgestützt ist, wie bei 90 dargestellt ist, ist dazu ausgelegt, das Sonnenrad 44 in jedem der ersten vier Antriebsgänge festzulegen, um so einen Drehmomentabstützpunkt für das Planetengetriebesystem zu liefern.
Der Zahnkranz 54 ist fest mit dem Gehäuse verbunden, wie bei 92 dargestellt ist, so daß der Endabtriebsgetriebezug das über die Getriebezüge 74, 28 und 30 gelieferte Drehmoment in jedem der Fahrgänge vervielfachen kann.
Ein Reibungsbremsband 94 umschließt eine Bremstrommel 96, die selbst mit dem Sonnenrad 44 verbunden ist. Das Bremsband 94 wird angelegt, um das Sonnenrad 44 im Schiebelauf-Bremsbetrieb und im Rückwärtsfahrbetrieb festzulegen.
Eine allgemein bei 98 dargestellte Lamellenbremse ist ausgelegt, den Planetenträger 38 beim Betrieb im untersten Gang und im Rückwärtsgang gegen das Getriebegehäuse abzustützen. Das Sonnenrad 36 ist ein Drehmomenteingangselement des Getriebes. Beim Betrieb im Rückwärtsgang ist das Sonnenrad 36 über die Rückwärts-Kupplung 102 mit dem getriebenen Kettenrad 100 verbunden, wobei die Rückwärts-Kupplung als treibende Verbindung zwischen dem getriebenen Kettenrad 100 und der Bremstrommel 104 wirkt. Das Sonnenrad 36 ist direkt mit der Bremstrommel 104 verbunden. Das getriebene Kettenrad 100 ist über eine Drehmomenttransferkette 106 mit dem treibenden Kettenrad 18 verbunden.
Im Vorwärtsfahrbetrieb ist das Kettenrad 100 mit dem Sonnenrad 75 über die Vorwärtsgang-Kupplung 106 verbunden. Die Vorwärtsgang-Kupplung 106 wird beim Betrieb in den ersten drei Vorwärtsgängen eingelegt.
Eine Direktgang-Kupplung 108 verbindet den Zahnkranz 76 mit dem getriebenen Kettenrad 100 beim Betrieb im dritten und vierten Vorwärtsgang sowie im fünften Gang.
Wenn die Direktgang-Kupplung 108 und die Vorwärtsgang-Kupplung 106 gleichzeitig geschlossen sind, ist der Zahnkranz 76 mit dem Sonnenrad 78 gekoppelt, so daß sich die Elemente des Getriebezuges 74 im Gleichklang drehen, mit einem Übersetzungsverhältnis von Eins zu Eins.
Zur Herstellung eines fünften Vorwärtsgang-Übersetzungsverhältnisses wird die Reibungskupplung 109 angelegt, so daß eine Antriebsverbindung zwischen der Hohlwelle 84 und dem Sonnenrad 44 des Getriebezuges 30 hergestellt wird, wodurch das Sonnenrad 44 fest mit dem Zahnkranz 42 verbunden wird, so daß wiederum die von dem Getriebezug 30 erzeugte Übersetzung Eins ist.
Das Neutral-Leerlauf-Merkmal der Erfindung wird dadurch erzielt, daß das Anlegen und Lösen der Vorwärts-Kupplung 106 gesteuert wird. Wenn das Fahrzeug steht und der Motor im Leerlauf läuft, dann ist der Motor 10 wegen der hydrokinetischen Drehmomentvervielfachungswirkung des Drehmomentwandlers 10 bestrebt, die Turbine mitzuschleppen. Auf diese Weise wird Antriebsmoment über die Getriebe an die Antriebsräder des Fahrzeuges abgegeben, selbst wenn der Motor im Leerlauf läuft.
In Konstruktionen nach dem bisherigen Stand der Technik ist es erforderlich, das Fahrpedal in einer ausreichend weit vorgedrückten Stellung zu halten, um den Motor im Leerlauf mit einer Drehzahl laufen zu lassen, die unzulässiges Ruckeln des Motors vermeidet. Des weiteren muß der Fahrzeugfahrer seinen Fuß auf dem Bremspedal halten, um zu verhindern, daß das Fahrzeug bei im Leerlauf laufendem Motor davonkriecht. Durch Lösen der Kupplung 106 zur Herstellung eines Neutral-Leerlauf-Zustandes wird der Drehmomentübertragungsweg zu den Antriebsrädern unterbrochen, wenn der Motor mit Leerlaufdrehzahl läuft und das Fahrzeug steht.
2 zeigt eine Tabelle, welche die Kupplungen und Bremsen zeigt, die jeweils geschlossen oder gelöst sind, um jeden der fünf Vorwärtsgänge sowie den Rückwärtsgang herzustellen. Das Sonnenrad 36 wird mittels eines Bremsbandes 110 für den zweiten und vierten Gang festgelegt. Dieses Bremsband wird auch beim Betrieb im fünften Gang angelegt, so daß das Sonnenrad 36 als ein Abstützpunkt wirken kann, wenn der Zahnkranz 34 schneller angetrieben wird, und Drehmoment über den Planetenträger 38 und über die Direktgang-Kupplung 108 an den Getriebezug 28 abgegeben wird. In 2 ist die Vorwärtsgang-Kupplung 106 als Kupplung VW bezeichnet, die Direktgang-Kupplung als Kupplung DIR, die Rückwärts-Lamellenbremse 98 ist als Bremse UNT/RW bezeichnet, und die Kupplung 109 für den fünften Gang ist als Kupplung 5KPL identifiziert, und das Bremsband 110 schließlich ist als das 2/4-Band identifiziert.
Der Fahrbetrieb im ersten Gang wird dadurch erreicht, daß das Bremsband 94 angelegt wird, wodurch das Sonnenrad 44 festgesetzt wird. Ebenso wird die Lamellenbremse 98 geschlossen und die Vorwärts-Kupplung 106 eingelegt. Dadurch ist das Sonnenrad 78 mit dem getriebenen Kettenrad 100 verbunden, und die untersetzte Drehbewegung, die am Planetenträger 80 angelegt wird, wird auf den Zahnkranz 42 des Getriebezuges 30 übertragen. In 2 ist das Bremsband 94 als Bremsband HB&RW bezeichnet. Die Rückwärts-Kupplung 102 ist in 2 als Kupplung RW bezeichnet.
Eine schematische Darstellung eines Mikroprozessor-Regelsystems, wie es allgemein bei 200 angedeutet ist, ist in 3 dargestellt. Der Motor ist hier allgemein mit der Bezugszahl 228 bezeichnet.
Betriebsvariablen für den Motor, wie zum Beispiel der Krümmerdruck und die Kühlmitteltemperatur und Motordrehzahl, werden von Analogsensoren gemessen und an einen elektronischen Mikroprozessor 230 ausgegeben. Der Signaldurchgang für den Krümmerdruck ist bei 232 dargestellt. Das Motorkühlmittel-Temperatursignal wird dem Rechner 230 über eine Signalleitung 234 zugeführt. Das Motordrehzahlsignal wird dem Rechner 230 über eine Leitung 236 zugeführt.
Weitere Variablen, die gemessen und dem Rechner zugeführt werden, beinhalten ein Signal, das die Gangbereichswahl oder die Position des Getriebe-Handschaltventils anzeigt. Dieses Signal wird über eine Signalleitung 238 geleitet. Die Turbinendrehzahl wird ebenfalls gemessen, und ihr Wert wird dem Rechner über die Signalleitung 240 zugeführt. Die Drehzahl der Drehmomentabtriebswelle des Getriebes wird dem Prozessor über eine Signalleitung 242 zugeführt. Ein Überbrückungskupplungsdruck-Signal wird dem Prozessor über die Leitung 244 zugeführt, dieses Signal ist jedoch für die vorliegende Erfindung nicht von Bedeutung.
Die Getriebeöltemperatur für den Motor wird gemessen, und das diesen Wert darstellende Signal wird dem Prozessor über eine Signalleitung 246 zugeführt. Ein Bremssignal wird dem Prozessor über eine Signalleitung 248 zugeführt. Das Vorliegen eines Signales auf der Leitung 248 zeigt an, ob die Fahrzeugbremsen vom Fahrer angelegt oder gelöst werden.
Der Rechner bzw. Prozessor 230 empfängt die von den verschiedenen Sensoren entwickelten Informationen und bereitet diese auf, so daß sie von der zentralen Rechnereinheit in digitaler Form eingesetzt werden können.
Die bei 250 angedeutete Zentraleinheit verarbeitet die an den Rechner 230 gelieferten Informationen in einer Weise, die nachstehend noch beschrieben werden soll, unter Einsatz von im Speicher 252 abgelegten Algorithmen. Die Ausgangssignale vom Prozessor 230 werden über eine Signalleitung 256 einem Ventilblock 254 zugeführt. Die ausgegebenen Daten beinhalten Schaltsignale, die den die Gangschaltungen steuernden Schaltventilen zugeführt werden. Der Betrieb des Ventilblockes 254 und die Schaltmagnetsignale sind in der US-Patentschrift Nr. 5,272,630 beschrieben.
Das vom Ventilblock 254 entwickelte Ausgangssignal, das über eine Signalleitung 258 weitergeleitet wird, steuert den Betrieb der Kupplungen und Bremsen des in der 1 veranschaulichten Getriebes.
Zum Zwecke der Beschreibung der Vorteile der vorliegenden Erfindung soll zunächst ein Vergleich mit den Merkmalen des Neutral-Leerlauf-Betriebes nach dem bisherigen Stand der Technik unter Bezugnahme auf 4 angestellt werden, welche die Neutral-Leerlauf-Einkuppelmerkmale für ein Getriebe mit einem im offenen Kreis arbeitenden Wandler zeigt.
Diese Art von Getriebe ist in der US-Patentschrift Nr. 5,272,630 näher erläutert. In 4 ist die Zeit auf der Abszisse eingetragen, und das Abtriebswellendrehmoment, der Kupplungsflüssigkeitsdruck, die Motordrehzahl und die Turbinendrehzahl sind auf der Ordinate eingetragen.
Der Druck in der Vorwärts-Kupplung, die Motordrehzahl, die Turbinendrehzahl und das Drehmoment an der Abtriebswelle nehmen anfangs die im Bereich A der 4 dargestellten Werte an.
Aus 4 ist ersichtlich, daß die Turbinendrehzahl null ist, weil das Fahrzeug ja steht. Die Differenz zwischen der Motordrehzahl und der Turbinendrehzahl stellt den Schlupf dar, der besteht, wenn das Fahrzeug zum Stillstand kommt, und bevor der Neutral-Leerlauf-Betrieb beginnt. Zum Zeitpunkt B wird der Neutral-Leerlauf-Betrieb eingeleitet, der im Ablassen von Druck aus der Vorwärts-Kupplung resultiert. Dies führt zum Abbau des Vorwärts-Kupplungsdruckes über einen kurzen Zeitraum, wie durch die Kurve C in 4 angedeutet ist. Mit dem Entlasten des Vorwärts-Kupplungsdruckes nimmt auch das Drehmoment an der Abtriebswelle ab, wie es die Kurve D darstellt.
Wenn die Kapazität der Vorwärts-Kupplung nach dem Einleiten des Neutral-Leerlauf-Betriebes abnimmt, nimmt die Turbinendrehzahl wie bei E dargestellt zu, bis sie die normale Turbinendrehzahl für den Motorleerlauf erreicht hat, der z. B. bei 600 U/min liegen kann, wie in 4 bei F angedeutet ist. Die Motordrehzahl kann zu diesem Zeitpunkt in einer typischen Fahrzeuganlage ungefähr 800 U/min betragen, wie bei G dargestellt ist.
4 zeigt bei H, was nach dem bisherigen Stand der Technik passiert, wenn der Fahrer den Neutral-Leerlauf-Betrieb beendet, indem er das Fahrpedal weiter vordrückt. Es kommt dann zu einem sofortigen Anstieg des Druckes in der Vorwärts-Kupplung, bis ein Übergangsdruck erreicht ist, der bei I angedeutet ist. In diesem Zeitraum füllt sich der Servozylinder der Kupplung und verschiebt den Kolben. Da die Drosselklappe des Motors weiter geöffnet ist, spricht die Motordrehzahl auf die Öffnung der Drosselklappe an und nimmt zu, wie durch die Steigung J in 4 dargestellt ist. Der Anstieg der Motordrehzahl geht weiter, bis der Servozylinder der Kupplung gefüllt und der Kolben ganz verschoben worden ist. Zu diesem Zeitpunkt hat die Motordrehzahl einen bei K dargestellten Spitzenwert erreicht.
Wenn der Kolben des Servozylinders für die Vorwärts-Kupplung verschoben worden ist, und die Vorwärts-Kupplung an Kapazität zunimmt, steigt das Drehmoment an der Abtriebswelle scharf an, wie durch die steile Steigung der Kurve bei L angedeutet ist, bis es einen bei M gezeigten Spitzenwert erreicht hat.
Das Erreichen des Spitzenwertes M fällt allgemein mit der Spitzendrehzahl des Motors zusammen, wobei letztere dann sofort und schnell in ihrem Wert abnimmt, wie bei N angedeutet ist. Die sinkende Motordrehzahl ist begleitet von einem erheblichen Trägheitsmoment, das zum Erreichen des Spitzenwertes M für das Abriebswellendrehmoment beiträgt. Der Kupplungsdruck steigt nach dem Verschieben des Kolbens im Kupplungsservozylinder weiter an und nimmt schnell zu, wie durch die Kurve bei O dargestellt ist, bis der Endwert des Kupplungsdruckes wie bei P gezeigt erreicht ist. Das Abtriebswellendrehmoment unterliegt dann Drehmomentschwankungen, wie durch die oszillierenden Drehmomentwerte Q nach dem Schließen der Kupplung verdeutlicht wird.
Die Steuerstrategie der vorliegenden Erfindung, welche diese unerwünschten Merkmale des bisherigen Standes der Technik vermeidet, soll nachstehend mit Bezug auf die 5 näher erläutert werden.
Es sei nun also Bezug genommen auf 5, wo die erste bevorzugte Routine, die vom Mikroprozessor 230 zur Steuerung der Motorleerlaufdrehzahl beim Anfahren aus dem Neutral-Leerlauf-Betrieb ausgeführt wird, beschrieben werden soll.
Das Fahrzeug beginnt in dem Zustand des Neutral-Leerlauf-Betriebes (Schritt 500). Wie oben beschrieben erfolgt im Neutral-Leerlauf-Betriebszustand das Ablassen des Druckes aus der Vorwärts-Kupplung zu einem Zeitpunkt B in 4. Daraus ergibt sich eine Abnahme des Druckes in der Vorwärts-Kupplung über einen kurzen Zeitraum, wie durch C in der 4 angedeutet ist. Das Abtriebswellendrehmoment nimmt ab, wie die Kurve D zeigt, wenn die Vorwärts-Kupplung druckentlastet wird. Mit abnehmender Kapazität der Vorwärts-Kupplung nach dem Auslösen des Neutral-Anfahrbetriebes steigt die Turbinendrehzahl an, wie bei E gezeigt ist, bis sie die normale Turbinendrehzahl für den Motorleerlauf erreicht, die 600 U/min betragen kann, wie bei F in 4 dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt kann die Motordrehzahl in einem typischen Fahrzeug bei etwa 800 U/min liegen, wie bei G dargestellt ist.
Zu einem beliebigen Zeitpunkt nach dem Halten des Betriebes im Neutral-Leerlauf-Betrieb für einen gegebenen Zeitraum löst der Fahrzeugführer die Bremsen (Schritt 502). Zwar kann die vorliegende Erfindung in Verbindung mit verschiedenen Arten von Anfahrvorgängen aus dem Neutral-Leerlauf-Betrieb eingesetzt werden, die vorliegende Erfindung ist jedoch ganz besonders nützlich in solchen Situationen, wo der Fahrzeugführer das Fahrpedal nicht sofort niederdrückt, um den Neutral-Leerlauf-Betrieb zu beenden, wie bei H in 4 dargestellt ist. Der Fahrer erlaubt dem Fahrzeug statt dessen vielmehr, vorwärts zu kriechen, woraus sich ein relativ langsames Einkuppeln des Getriebes ergibt.
Der vorliegenden Erfindung zufolge kann die Motorleerlaufdrehzahl beim Anfahren durch eine Vorhersage eines optimalwertgesteuerten Motordrehmoments geregelt werden, und durch eine anschließende Regelung der Motordrehzahl ausgehend von dieser Vorausschätzung. Das optimalwertgesteuerte Motordrehmoment ist diejenige Motordrehmomentvoraussage, die als notwendig zu erwarten ist, um der erhöhten Drehmomentforderung durch das Wiedereinkuppeln des Getriebes zu einem Zeitpunkt in nächster Zukunft gerecht zu werden.
Der Begriff "Last", wie er hier verwendet wird, ist ein allgemeiner Begriff, der die Höhe des Drehmomentes darstellt, welches das Getriebe zu einem gegebenen Zeitpunkt auf den Motor ausübt.
Einem ersten Aspekt der Erfindung zufolge wird das vorausgeschätzte Motor-Soll-Drehmoment auf den Minimalwert einer geschätzten Drehmomentwandlerlast begrenzt, wenn die Vorwärts-Kupplung komplett geschlossen ist (d. h.: Turbinendrehzahl gleich null), und das vorausgeschätzte Drehmoment, das durch das Wiedereinkuppeln des Getriebes erforderlich ist. Dies geschieht, um der Vorwärts-Kupplung zu erlauben, mit einer gewünschten Geschwindigkeit geschlossen zu werden, und dennoch übermäßigen Kupplungsschlupf und Hochdrehen des Motors zu vermeiden. Daher wird die maximale Drehmomentwandlerlast (in Schritt 504) nach folgendem Ausdruck berechnet: Max_Wandler-Drehm_Last = Fn_Wandler_Last(Ne, Nt und andere Getriebevariablen)worin

Ne: die Motordrehzahl ist,
Nt: die Turbinendrehzahl ist und hier gleich null angenommen wird, und Fn_Wandler_Last die Motordrehzahl und die Turbinendrehzahl in ein Motorbremsdrehmoment wandelt, unabhängig davon, ob die Vorwärts- oder die Rückwärts-Kupplung eingelegt ist.

Fn_Wandler_Last ist eine Funktion der Motordrehzahl, der Turbinendrehzahl und anderer Getriebevariablen, wie z. B. der Getriebeöltemperatur, der Temperatur der Reibbeläge, des Schlupfes der Kupplung, der Kupplungskonstruktion und ähnlicher.
Der Fachmann kann Fn_Wandler_Last leicht anhand von Relationen bestimmen, die dem erfahrenen Praktiker bekannt sind, nämlich der Drehmomentverhältnisfunktion, Fn_Wandler und anderer Relationen, die die Motordrehzahl in Relation zum Turbinendrehmoment setzen.
Die Relation zwischen der Motordrehzahl und dem Turbinendrehmoment, auch als K-Faktor bekannt, kann wie folgt ausgedrückt werden:
Der numerische Wert für den K-Faktor kann vom Fachmann in der Technik empirisch bestimmt werden. Die obengenannte Gleichung kann wie folgt umformuliert werden: Pumpenrad-Drehmoment = (Motordrehzahl/(K(Turbinendrehzahl/Motordrehzahl))2
Die obengenannte Gleichung stellt ein Beispiel dafür dar, daß das Pumpenrad-Drehmoment von der Motordrehzahl und der Turbinendrehzahl ausgehend bestimmt werden kann. Es wird darauf hingewiesen, daß die Bestimmung von Fn_Wandler_Last vom Fachmann noch weiter verfeinert werden kann, indem auch andere Getriebevariablen mit berücksichtigt werden, wie z. B. die Getriebeöltemperatur, die Temperatur der Reiblamellen, der Schlupf in der Kupplung, die Kupplungskonstruktion, und ähnliche.
Dann wird eine Turbinendrehzahl-Voraussage, Nt_Pred, ausgehend von der gegenwärtigen Turbinendrehzahl und der Änderungsgeschwindigkeit der Turbinendrehzahl gemäß folgendem Ausdruck berechnet (Schritt 506): Nt_Pred = max(Nt + Nt_Änd._Geschwindigkeit·Zeit_in_Zukunft, 0)
Als nächstes wird, wie in Schritt 508 dargestellt ist, die Drehmomentkapazität der Vorwärts-Kupplung zu einem beliebigen Zeitpunkt im Verlauf der Anfahrperiode berechnet, unter Einsatz der folgenden Gleichung: Vorwärts_Kupplung_DrehmomentKapazität = Fn_Kap(Kupplungsdruck, andere Getriebevariablen)worin

Fn_Kap: einen Druck-Leitwert oder einen gemessenen Druck der Vorwärts-Kupplung in eine Drehmomentkapazität wandelt. Fn_Kap ist eine Funktion des Kupplungsdruckes und anderer Getriebevariablen, wie z. B. der Getriebeöltemperatur, der Temperatur der Reiblamellen, des Schlupfes in der Kupplung, der Kupplungskonstruktion und ähnlicher.

Fn_Kap beinhaltet einen Umwandlungsfaktor von dem an der Vorwärts-Kupplung gemessenen Drehmoment in ein an der Turbinenwelle gemessenes Drehmoment und kann wie folgt ausgedrückt werden: Fn_Kap = m·Kupplungsdruck – bworin

m und b: Konstanten sind, die vom Fachmann in der Technik empirisch ermittelt werden können.

Dann wird der Optimalwert bzw. der Voraussagewert für die Drehmomentwandlerlast anhand des folgenden Ausdruckes bestimmt (Schritt 510):
worin

Fn_Wandler: die Drehmomentvervielfachung bzw. das Wandlungsverhältnis des Drehmomentwandlers ist und vom Fachmann in der Technik dadurch ermittelt werden kann, daß das Drehmomentverhältnis (Turbinendrehmoment/Motordrehmoment) als Funktion des Drehzahlverhältnisses (Turbinendrehzahl/ Motordrehzahl) aufgezeichnet wird. Die numerischen Werte für die Turbinendrehzahl und -Drehmoment und für die Motordrehzahl und -Drehmoment können vom Fachmann empirisch bestimmt werden.

Als nächstes wird der Drehmomentleitwert bzw. der Drehmomentvoraussagewert auf den kleineren Wert zwischen maximaler Drehmomentwandlerlast und dem Voraussagewert der Drehmomentwandlerlast begrenzt (Schritt 512). Als mathematischer Ausdruck läßt sich die Drehmomentwandlerlast-Vorhersage wie folgt ausdrücken: Wandler_Drehm_Last_Vorhersage = min(Max_Wandler_Drehm_Last, Vorhersage_Drehm_Last)
Dann wird das Motor-Ist-Drehmoment zur Regelung der Motorleerlaufdrehzahl bestimmt, indem alle anderen Motorlastmomente zu dem Drehmomentwandlerlast-Leitwert bzw. dem Voraussagewert der Drehmomentwandlerlast addiert werden (Schritt 514). Beispiele anderer Motorlastmomente beinhalten, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Nebenaggregate des Motors, wie z. B. die Klimaanlage, Pumpen, und ähnliche.
Schließlich bestimmt der Mikroprozessor des Fahrzeuges, ob das Anfahren des Fahrzeuges aus Neutral-Leerlauf abgeschlossen ist. Wenn ja, dann endet der Algorithmus hier (Schritt 516). Wenn nicht, werden die Schritte 502 bis 514 wiederholt.
Es sei nun Bezug genommen auf 6, wo eine zweite Ausführungsform eines Verfahrens im Einklang mit der Erfindung beschrieben werden soll. Wie im ersten Verfahren beginnt das Fahrzeug im Neutral-Leerlauf-Betriebszustand (Schritt 600). Zu einem beliebigen Zeitpunkt löst der Fahrzeugführer die Bremsen (Schritt 602) und läßt das Fahrzeug vorwärtskriechen, so daß das Getriebe relativ langsam wieder einkuppelt.
Dann wird wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform ein Turbinendrehzahl-Leitwert zu einem Zeitpunkt in der Zukunft, Nt_Pred, ermittelt, und zwar anhand der momentanen Turbinendrehzahl und einer Änderungsgeschwindigkeit der Turbinendrehzahl (Schritt 604). Hier kommt derselbe Ausdruck wie in der ersten Ausführungsform zum Einsatz: Nt_Pred = max(Nt + Nt_Änd._Geschwindigkeit·Zeit_in_Zukunft, 0)
Anders als in der ersten bevorzugten Ausführungsform dagegen berechnet das zweite bevorzugte Verfahren den Leitwert bzw. den Vorhersagewert der Drehmomentwandlerlast in einem geschlossenen Regelkreis unter Einsatz des folgenden Ausdruckes (Schritt 606): Wandler_Drehm_Last_Vorhersage = Fn_Wandler_Last(Ne, Nt_Pred, andere Getriebevariablen)worin

Ne: die Motordrehzahl ist,
Nt_Pred: = max(Nt + Nt_Änderungsgeschwindigkeit·Zeit_in_Zukunft, 0), und Fn_Wandler_Last ist identisch mit der mathematischen Funktion gleichen Namens, die in Verbindung mit der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden ist.

Die Funktion Fn_Wandler_Last wandelt die Motordrehzahl und Turbinendrehzahl in ein Motorbremsdrehmoment um, unabhängig davon, ob die Vorwärts- oder die Rückwärts-Kupplung eingelegt ist, und ist eine Funktion der Motordrehzahl, der Turbinendrehzahl und anderer Getriebevariablen, wie zum Beispiel der Getriebeöltemperatur, der Kupplungskonstruktion und ähnlicher.
Nachdem der Leitwert bzw. der Vorhersagewert der Drehmomentwandlerlast berechnet worden ist, wird das Ist-Motordrehmoment bestimmt, das zur Regelung der Motorleerlaufdrehzahl erforderlich ist, und zwar durch Addieren aller anderen Motor lastmomente zu dem Leitwert bzw. Drehmomentwandlerlast-Vorhersagewert (Schritt 608).
Beispiele solcher anderen Motordrehmomentlasten beinhalten, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Motornebenaggregate, wie z. B. die Klimaanlage, Pumpen, und ähnliche. Dann bestimmt der Mikroprozessor 230, ob das Anfahren aus Neutral-Leerlauf abgeschlossen ist. Trifft das zu, endet der Algorithmus (Schritt 610). Wenn nicht, werden die Schritte 602 bis 608 wiederholt.
Anders als in der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei dem zweiten Verfahren gemäß der Erfindung die Drehmomentkapazität der Vorwärts-Kupplung nicht vorausgesagt und in ein Pumpenraddrehmoment umgewandelt, wie in den Schritten 508 und 510 des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens. Statt dessen wird der Leitwert bzw. der Voraussagewert der Drehmomentwandlerlast in einer durchgehenden Schleife bestimmt.
Unabhängig davon, welches der bevorzugten Verfahren zum Einsatz gebracht wird, gewährleistet die vorliegende Erfindung eine konstante Motorleerlaufdrehzahl beim Anfahren und schafft einen sanften Übergang zwischen den Betriebsarten des Getriebes. Dies erfolgt durch die Vorhersage des Drehmomentwandlerlast-Leitwertes zur Regelung des Motordrehmoments über die gesamte Anfahrperiode hinweg, im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren. Danach kann dann die Motordrehzahl geregelt werden, indem bestimmte Motorbetriebsparameter entsprechend angepaßt werden, wie zum Beispiel die Kraftstoffeinspritzmengen, die Lufteinlaßmengen und andere Parameter, die dem Fachmann in der Technik bekannt sind.
Zwar sind hier bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart worden, ein normal ausgebildeter Techniker wird jedoch erkennen, daß auch bestimmte Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
So sind die Lehren der vorliegenden Erfindung zum Beispiel auch dann anwendbar, wenn einer anderen Kupplung als der Vorwärts-Kupplung oder der als Vorwärts-Kupplung identifizierten Kupplung erlaubt wird, im Neutral-Leerlauf-Betrieb zu schleifen. Daher sollten die nachstehenden Patentansprüche betrachtet werden, um den echten Rahmen und Inhalt der Erfindung zu bestimmen.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeuges mit einem über eine Kupplung (106) mit einem Getriebe gekuppelten Motor (228), dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Schritte der Bestimmung einer Drehmomentwandlerlast-Vorhersage beinhaltet, ausgehend von einer Drehmomentkapazität der Kupplung beim Anfahren aus einem Leerlauf-Neutral-Betriebszustand, und der Einstellung eines Motorbetriebsparameters so, daß das abgegebene Motordrehmoment auf besagte vorhergesagte Drehmomentwandlerlast begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, den Schritt der Wahl eines kleineren der Werte zwischen besagter vorhergesagter Drehmomentwandlerlast und einer maximalen Motorbremsdrehmomentlast beinhaltend.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das zu einem gegebenen Zeitpunkt abgegebene Motordrehmoment auf den kleineren der Werte zwischen besagter vorhergesagter Drehmomentwandlerlast und einer maximalen Drehmomentwandlerlast begrenzt wird.
System zur Übertragung von Leistung von einem Fahrzeugmotor (228) während eines Anfahrens aus einem Leerlauf-Neutral-Betrieb, wobei das System ein Getriebe mit einer Drehmomenteingangswelle (14) aufweist, einer Drehmomentabtriebswelle (32, 72) und einem Zahnradgetriebemechanismus (28, 30, 52, 62, 74), welcher ausgelegt ist, einen Drehmomentflußweg zwischen der Drehmomenteingangswelle (14) und der Drehmomentabtriebswelle (32, 72) herzustellen; mit einer Vorwärts-Kupplung (106) zur Verbindung der Drehmomenteingangswelle (14) mit dem Zahnradgetriebemechanismus (28, 30, 52, 62, 74), gekennzeichnet durch einen Mikroprozessor (230), welcher eine Drehmomentwandlerlast-Vorhersage bestimmt und das Motorausgangsdrehmoment ausgehend von besagter Drehmomentwandlerlast-Vorhersage regelt.
System nach Anspruch 4, worin besagte Drehmomentwandlerlast-Vorhersage auf einer Drehmomentkapazität der Kupplung basiert.
System nach Anspruch 4, worin besagtes Motorausgangsdrehmoment derart begrenzt wird, daß der kleinere der Werte zwischen besagter Drehmomentwandlerlast-Vorhersage und einer maximalen Motorbremsdrehmomentlast gewählt wird.
System nach Anspruch 4, worin besagtes zu einem gegebenen Zeitpunkt abgegebenes Motordrehmoment auf den kleineren der Werte zwischen besagter vorhergesagter Drehmomentwandlerlast und einer maximalen Drehmomentwandlerlast begrenzt wird.