DE60224573T2

DE60224573T2 - Antriebseinheit für kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE60224573T2
Application number: DE60224573T
Authority: DE
Inventors: Anders Eriksson; Marcus Steen
Original assignee: Volvo Lastvagnar AB
Current assignee: Volvo Truck Corp
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2009-01-15
Anticipated expiration: 2022-12-06
Also published as: SE523469C2; EP1456518B1; US20050181908A1; WO2003048547A1; SE0104107D0; US7047124B2; DE60224573D1; SE0104107L; EP1456518A1; AU2002365748A1; ATE383506T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor, einer manuell einstellbaren Drosselsteuerung und einer elektronischen Motorsteuereinheit zur Steuerung des Motordrehmoments und der Motordrehzahl und mit der die Drosselsteuerung elektrisch verbunden ist, einer ersten Computermatrix, die das Motordrehmoment als Funktion der Motordrehzahl für verschiedene Drosselsteuerpositionen anzeigt, die in der Motorsteuereinheit gespeichert sind, und die in einem Diagramm eine erste Steigung für die Kurven der Drosselsteuerpositionen aufweist.
In letzter Zeit ist es bei Kraftfahrzeugen immer üblicher geworden, ein mechanisches Kabelverbindungssystem, das die Stellung des Gaspedals oder seine Bewegung mit der Motordrossel und dem Kraftstoffmotorsystem verbindet, durch eine elektronische Übertragung zur Steuerung des Motordrehmoments und der Drehzahl zu ersetzen. Ein mit dem Gaspedal gekoppelter Sensor stellt die Drosselsteuerposition darstellende Signale an eine elektronische Steuereinheit bereit, die normalerweise die Form eines Mikroprozessors hat und die Motorfunktion als Funktion der erfassten Drosselsteuerposition steuert. Um dies zu erreichen, ist eine Computermatrix, die das Motordrehmoment als Funktion von Upm für verschiedene Drosselsteuerpositionen abbildet, in der Steuereinheit gespeichert.
Die Matrix sollte vorzugsweise so gestaltet sein, dass die Steuereinheit bei jeder Drosselsteuerposition eine gleichmäßige Beschleunigung vorsieht, d. h. so wenig Rucken wie möglich, wenn während der Beschleunigung geschaltet wird. Dies wird durch relativ flache Drosselsteuerkurven erreicht. Gleichzeitig sollte die Steuereinheit nach Erreichen der Sollgeschwindigkeit bei konstanter Drosselsteuerposition diese Geschwindigkeit mit sehr geringen Abweichungen aufrechterhalten können. Dies wird jedoch mit Drosselsteuerpositionskurven erreicht, die so tief wie möglich sind. Steile Kurven schaffen einen großen Drehmomentanstieg bei einem geringen Abfall der Upm und der Drehzahl. Wenn dies jedoch beim Hinaufschalten mit begleitender Reduzierung der Upm auftrifft, schafft dies mehr zusätzliches Drehmoment als gewünscht ist und kann zu einem ungleichmäßigen Fahren führen. Aus diesen Gründen wurde bis jetzt eine Drosselsteuerpositionsmatrix in der Steuereinheit gespeichert, die einen so gut wie möglichen Kompromiss zwischen einer Steuerung während der Beschleunigung des Fahrzeugs und während des Fahrbetriebs darstellt.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antriebseinheit der in der Einleitung beschriebenen Art zu schaffen, die eine Steuereinheit aufweist, die den Motor so steuern kann, dass das Fahrzeug mit einer wenigstens fast konstanten Beschleunigung und einer konstanten Geschwindigkeit versehen wird, wenn die Drosselsteuerposition konstant gehalten wird.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass eine zweite Computermatrix, die das Motordrehmoment als Funktion der Motordrehzahl für verschiedene Drosselsteuerpositionen darstellt, in der Motorsteuereinheit gespeichert ist, dass die Kurven für die Drosselsteuerpositionen in dem Diagramm der zweiten Matrix eine steilere Steigung als die Kurven in dem Diagramm der ersten Matrix haben, und dass die Motorsteuereinheit so konfiguriert ist, dass sie bei einem Setzen der Drosselsteuerung, das eine Erhöhung auf eine Beschleunigung vorgibt, die eine vorher bestimmte Mindestbeschleunigung übersteigt, das Motordrehmoment und die Motordrehzahl entlang der Kurven dem ersten Matrixdiagramm steuert, und bei einem Signal, das einen Abfall unter die Mindestbeschleunigung anzeigt, das Motordrehmoment und die Motordrehzahl entlang der Kurven in dem zweiten Matrixdiagramm steuert, so dass bei einer bestimmten Veränderung der Motordrehzahl eine größere Veränderung des Drehmoments vorgesehen wird als bei einer Steuerung entlang der Kurven in dem ersten Matrixdiagramm.
Durch die erfindungsgemäße Auslegung kann die erste Matrix für eine komfortable, gleichmäßige Beschleunigung optimiert werden, wenn ein Schalten bei einer konstanten Gaspedalstellung stattfindet, und die zweite Matrix kann für eine konstante Geschwindigkeit bei einer konstanten Gaspedalposition optimiert werden. Wenn die konstante Geschwindigkeit nach einer Beschleunigung erreicht wurde, d. h. wenn die Beschleunigung auf Null oder fast Null zurückgegangen ist, schaltet die Steuereinheit von einer Steuerung entlang der Drosselsteuerkurven der ersten Matrix zur Steuerung entlang der Kurven der zweiten Matrix, was bedeutet, dass auch eine geringe Reduzierung von Upm/Geschwindigkeit aufgrund eines Anstiegs des Fahrwiderstandes, z. B. eines Hügels, in einem größeren Drehmomentanstieg und einer schnelleren Korrektur der Geschwindigkeit resultiert, als es der Fall wäre, wenn die erste Matrix die herrschende Matrix wäre, die nur das entsprechende zusätzliche Drehmoment nach einer viel größeren Reduzierung von Upm/Geschwindigkeit bieten würde. Wenn der Fahrer die Drossel zur Beschleunigung öffnet, schaltet die Steuereinheit zurück zur ersten Matrix.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinheit mit einem mit dem Motor gekoppelten Stufengetriebe werden die Steigungen der Kurven in der ersten Matrix so gewählt, dass sie annähernd den Inkrementen in dem Getriebe entsprechen. Dies bedeutet, dass bei einer konstanten Drosselsteuerposition das Ausgangsdrehmoment von dem Getriebe vor und nach dem Schalten zwischen angrenzenden Schaltpositionen wenigstens annähernd konstant ist. Dadurch, dass das Ausgangsdrehmoment vor und nach dem Schalten gleich ist, ist die unvermeidbare kleine Unterbrechung der Drehmomentbereitstellung, wenn die Kupplung zwischen dem Motor und dem Getriebe gelöst wird, nicht zu bemerken und die Beschleunigung wird für konstant angenommen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Zeichnungen gezeigten Beispielen näher beschrieben, in denen 1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit angeschlossener Kupplung und Getriebe zeigt, 2 ein Diagramm einer bereits bekannten Drosselsteuerpositionsmatrix ist, 3 ein Diagramm einer ersten Drosselsteuerpositionsmatrix gemäß der Erfindung ist, und 4 ein Diagramm der Drosselsteuerpositionsmatrix in 3 zusammen mit einer zweiten Drosselsteuerpositionsmatrix ist.
Die in 1 gezeigte Antriebseinheit 1 umfasst bei der gezeigten Ausführungsform einen Sechszylindermotor 2, z. B. einen Dieselmotor, dessen Kurbelwelle 3 mit einer insgesamt mit 4 bezeichneten automatischen Antriebsscheibenkupplung verbunden ist, die in einem Kupplungsgehäuse 5 eingeschlossen ist. Die Kurbelwelle 3 ist drehfest mit dem Kupplungsgehäuse 6 der Kupplung 4 verbunden, während seine Scheibe 7 drehfest mit einer Eingangswelle 8 verbunden ist, die drehbar in dem Gehäuse 9 eines insgesamt mit 10 bezeichneten Automatikgetriebes drehbar gelagert ist, das bei dem gezeigten Beispiel eine Splitgruppe 11, eine Hauptgruppe 12 und eine Verteilergruppe 13 aufweist. Das Getriebe 10 weist eine Ausgangswelle 14 auf, die für eine Antriebsverbindung mit den Fahrzeugantriebsrädern, z. B. über eine Kardanwelle bestimmt ist.
Der Motor 2 wird von einer elektronischen Motorsteuereinheit 15, die einen Mikroprozessor umfassen kann, in Ansprechung auf Signale von einem Positionssensor 17 gesteuert, der mit einer Drosselsteuerung 16, z. B. einem Gaspedal, gekoppelt ist. Das Getriebe 10 wird durch eine Getriebesteuereinheit 18, die einen Mikroprozessor umfassen kann, in Ansprechung erstens auf die Position einer manuellen Gangwahleinrichtung und zweitens auf Steuerparameter gesteuert, die die der Steuereinheit 18 zugeführte Gaspedalstellung und die Upm des Motors umfassen. Die Getriebesteuereinheit 18 kommuniziert auch mit der Mo torsteuereinheit 15. Die Gangwahleinrichtung 19 hat eine neutrale Position N und zwei Automatikantriebspositionen D (vorwärts) und R (rückwärts) und möglicherweise andere Positionen, wobei dem Fahrer ein manuelles Schalten ermöglicht ist. In den Positionen R und D schaltet die Getriebesteuereinheit 18 automatisch beim Starten und Fahren.
Das Diagramm in 2 zeigt, wie bereits bekannte Motorsteuereinheiten für eine Steuerung des Motordrehmoments als Funktion der Motordrehzahl für verschiedene Drosselsteuerpositionen programmiert wurden. In dem Diagramm sind Drosselsteuerpositionskurven A gezeichnet, die 10% bis zu 90% der vollen Drosselöffnung darstellen. B zeigt die Volllastbeschränkung des Motors. Wie es aus dem Diagramm zu sehen ist, wird kein extra Drehmoment zwischen ungefähr 80% und 100% der vollen Drosselöffnung erhalten, da diese Kurven außerhalb der Volllastgrenze liegen. An dem Punkt C auf der Kurve A, der eine Drosselöffnung von 50% darstellt, beträgt die Motordrehzahl 1600 Upm und das Drehmoment ungefähr 200 Nm. Wenn das Übersetzungsverhältnis in diesem Gang 1,25:1 beträgt, wird ein Drehmoment von circa 250 Nm an der Ausgangswelle des Getriebes bereitgestellt. Nach dem Schalten nach oben in einen Gang mit einem Verhältnis von 1:1 bei konstanter Drosselöffnung, d. h. immer noch 50%, fällt die Upm auf 1280 Upm ab und das Drehmoment steigt auf 850 Nm an, wie es an dem Punkt D zu sehen ist. Das Drehmoment an der Ausgangswelle des Getriebes und somit auch an den Antriebsrädern steigt deshalb um mehr als das Dreifache an. Mit den gezeigten Steigungen der Drosselsteuerpositionskurven erhöht eine Reduzierung der Upm von circa 1600 Upm auf circa 1500 Upm (vor dem Schalten) das Drehmoment nur auf 400 Nm, was bedeutet, dass wenn der Widerstand beispielsweise bei einer Bergauffahrt ansteigt, die Geschwindigkeit deutlich abfällt, bevor das zusätzliche Drehmoment ausreichend ist, um dem Abfall der Geschwindigkeit entgegen zu treten.
3 zeigt ein Diagramm einer erfindungsgemäßen Computermatrix zur Steuerung des Drehmoments als Funktion der Motordrehzahl für verschiedene Drosselsteuerpositionen während der Beschleunigung. Das Diagramm zeigt Drosselsteuerpositionskurven, die 20% bis 100% der vollen Drosselöffnung darstellen. Die Kurve B zeigt wie oben stehend die Volllastgrenze des Motors. An dem Punkt C der Kurve A, der 40% der vollen Drosselöffnung anzeigt, beträgt die Motordrehzahl 1600 Upm und das Drehmoment beträgt 820 Nm. Bei einem Übersetzungsverhältnis von ungefähr 1,25:1 in dem betreffenden Gang beträgt das Drehmoment an der Ausgangswelle des Getriebes 1025 Nm. Nach einem Heraufschalten in einen Gang mit dem Verhältnis 1:1 bei konstanter Drosselöffnung, d. h. sie ist immer noch 40%, fällt die Motordrehzahl auf 1280 Upm ab, während gleichzeitig das Drehmoment an der Ausgangswelle des Getriebes auf 1025 Nm ansteigt, d. h. auf das gleiche Drehmoment wie vor dem Schalten.
4 zeigt das Diagramm von 3 mit einer Drosselsteuerpositionskurve G zur Steuerung des Drehmoments als Funktion der Motordrehzahl, wenn mit konstanter Geschwindigkeit gefahren wird. Während einer Beschleunigung bei einer Drosselöffnung von 40% werden das Drehmoment und die Motordrehzahl entlang der Kurve A gesteuert. Bei C wird angenommen, dass eine konstante oder annähernd konstante Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht wurde. Danach schaltet die Getriebesteuereinheit 18 die Motorsteuereinheit 15 um, um das Drehmoment als Funktion der Motordrehzahl entlang der Kurve G zu steuern, die vorzugsweise so steil wie möglich ist, um eine konstante Geschwindigkeit besser aufrecht zu erhalten. Die Kurve G kann jedoch nicht unendlich steil sein. Die Kurve G kann im Wesentlichen durch y = k × x + m beschrieben werden, wobei y = Drehmoment, k = Steigung, x = Upm bestimmt, wo entlang der 40%-Kurve G anzuordnen ist, d. h. wo die Beschleunigung ungefähr Null ist. m ist die gesteuerte Sollgeschwindigkeit (gewählte konstante Geschwindigkeit). Die negative Steigung von G (d. h. k) ist hauptsächlich von der Motordrehzahl abhängig. In gewissen Fällen kann es erwünscht sein, eine weniger steile Steigung bei geringer Upm als bei hoher Upm zu haben, d. h. wenn die Beschleunigung bei 800 Upm Null ist und die Drosselöffnung 20% beträgt, hat die Drosselsteuerpositionskurve durch diesen Punkt keine so steile Steigung wie die, die den Punkt C schneidet. Die weniger steile Steigung wird hier gewählt, um das Risiko zu reduzieren, dass der Antriebsstrang bei geringerer Upm in Selbstschwingung kommt. Eine geringer steile Steigung bei geringem Upm macht das System gleichmäßiger und weniger empfindlich. Selbstschwingungen können beispielsweise bei einem Fahren über einen Hügel ausgelöst werden. Tendenzen zur Selbstschwingung in dem Antriebsstrang haben mit der Elastizität des Antriebsstrangs, seiner Steifheit, der Verankerung und damit zu tun, welches Übersetzungsverhältnis zu dem fraglichen Zeitpunkt eingerückt ist. Eine Abflachung der Drosselsteuerpositionskurve G bei geringem Drehmoment (unter 200 Nm) ähnlich den Kurven von 2 ist ebenfalls denkbar.
Wenn der Fahrwiderstand zur gleichen Zeit ansteigt, zu der der Fahrer eine konstante Drosselöffnung aufrechterhält, gibt es ein wesentlich größeres zusätzliches Drehmoment bei einem bestimmten Drehzahlabfall, was das Diagramm in 4 aufzeigt. Bei einem Fahrwiderstand, der einen Abfall der Motordrehzahl von 1600 Upm auf 1500 Upm verursacht, steigt das Drehmoment von 820 Nm auf circa 1250 Nm mit einer Steuerung entlang der Kurve G an. Zur Schaffung des gleichen Drehmoments würde bei dem Motor die Upm auf weniger als 1100 Upm abfallen, wenn entlang der Kurve A gesteuert würde.
Sobald der Fahrer die Drosselsteuerposition verändert, schaltet die Motorsteuereinheit zur Steuerung des Drehmoments entlang der Kurven A um. Die Steuereinheit 15 ist jedoch vorzugsweise so programmiert, dass sie kleine Gaspedalbewegungen missachtet, die durch Hügel in der Straße verursacht werden können. Für ein Umschalten der Drehmomentsteuerung gemäß dem einen oder anderen Modell muss die Beschleunigung für ein Umschalten zur Steuerung entlang der Kurve G nicht absolut Null sein. Die Steuereinheit kann vielmehr so konfiguriert sein, dass sie umschaltet, wenn die Beschleunigung unterhalb eines vorher programmierten Minimalwerts fällt.
Die Erfindung wurde anhand einer Drosselöffnungssteuerung mit einem Gaspedal beschrieben, sie gilt natürlich auch für handbetriebene Steuerungen, d. h. solche, die zur Erhöhung oder Verringerung der Tempomat-Steuerungsgeschwindigkeit verwendet werden.

Claims

Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor (2), einer manuell einstellbaren Drosselsteuerung (16) und einer elektronischen Motorsteuereinheit (19) zur Steuerung des Motordrehmoments und der Motordrehzahl und mit der die Drosselsteuerung elektrisch verbunden ist, einer ersten Computermatrix, die das Motordrehmoment als Funktion der Motordrehzahl für verschiedene Drosselsteuerpositionen anzeigt, die in der Motorsteuereinheit gespeichert sind, und die in einem Diagramm eine erste Steigung für die Kurven (A) der Drosselsteuerpositionen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Computermatrix, die das Motordrehmoment als Funktion der Motordrehzahl für verschiedene Drosselsteuerpositionen darstellt, in der Motorsteuereinheit (15) gespeichert ist, dass die Kurven (G) für die Drosselsteuerpositionen in dem Diagramm der zweiten Matrix eine steilere Steigung als die Kurven (A) in dem Diagramm der ersten Matrix haben, und dass die Motorsteuereinheit so konfiguriert ist, dass sie bei einem Setzen der Drosselsteuerung (16), das eine Erhöhung auf eine Beschleunigung vorgibt, die eine vorher bestimmte Mindestbeschleunigung übersteigt, das Motordrehmoment und die Motordrehzahl entlang der Kurven (A) in dem ersten Matrixdiagramm steuert, und bei einem Signal, das einen Abfall unter die Mindestbeschleunigung anzeigt, das Motordrehmoment und die Motordrehzahl entlang der Kurven in dem zweiten Matrixdiagramm (G) steuert, so dass bei einer bestimmten Veränderung der Motordrehzahl eine größere Veränderung des Drehmoments vorgesehen wird als bei einer Steuerung entlang der Kurven in dem ersten Matrixdiagramm.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, die ein mit dem Motor gekoppeltes Stufengetriebe (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der Kurven (A) in dem ersten Matrixdiagramm so gewählt sind, dass die Steigung annähernd den Gangwechselinkrementen in dem Getriebe entspricht, wodurch bei einer konstanten Drosselsteuerposition, das Ausgangsdrehmoment von dem Getriebe vor und nach dem Schalten zwischen angrenzenden Gangpositionen annähernd konstant ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stufengetriebe (10) ein Automatikgetriebe ist, das durch eine elektronische Steuereinheit (18) ge steuert wird, die, wenn eine Gangwahleinrichtung (19) sich in einer Automatikschaltposition befindet, die Gangdrehzahl abhängig von verschiedenen Parametern einschließlich der Motordrehzahl und der Drosselsteuerposition wählt, und dass die Getriebesteuereinheit die Wahl der Matrix in der Motorsteuereinheit bestimmt.