Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Antriebseinheit
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Verfahren und von einer Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerung einer Antriebseinheit sind bereits bekannt, bei denen ein Sollwert für eine Ausgangsgröße der Antriebseinheit so begrenzt wird, dass eine Schubabschaltung der Antriebseinheit verhindert wird. Lässt der Fahrer eines Fahr- zeugs das Fahrpedal bei einer Motordrehzahl los, die größer als die Leerlaufdrehzahl ist, so wünscht er in der Regel eine Verzögerung des Fahrzeugs durch das Schleppmoment des Motors inklusive dem Betrieb von Nebenaggregaten des Fahrzeugs. Für den Über¬ gang von einem Zugbetrieb in einen Schubbetrieb des Fahrzeugs wird dabei ein Sollwert für das Motormoment gefiltert, damit das Fahrzeug nicht zu abrupt abbremst und es zu keinem Lastschlag kommt. Auf diese Weise wird eine Lastschlagdämpfung realisiert. In der Regel soll dabei erreicht werden, dass nach der Filterung alle Zylinder der Brenn¬ kraftmaschine des Fahrzeugs abgeschaltet sind. Die Abschaltung wird dabei jedoch erst nach Erreichen eines Momentenschwellwertes in der Nähe oder gleich dem Nullmoment freigegeben, sofern die Motordrehzahl noch um mehr als einen vorgegebenen Schwell- wert die vorgegebene Leerlaufdrehzahl überschreitet. Diese Zylinderabschaltung wird auch als Schubabschaltung bezeichnet. Oft ist ein Abschalten der Zylinder nicht möglich, aus Gründen, die nicht von der Bildung des Sollwertes für das Motormoment abhängen, beispielsweise um eine Tankentlüftung oder eine ausreichende Katalysatortemperatur zu gewährleisten oder wenn die Motordrehzahl in der Nähe der Leerlaufsolldrehzahl liegt.
Zur Filterung des Sollwertes des Motormomentes wird in diesem Fall ein Minimalmo¬ ment größer als Null als Zielwert vorgegeben, das im Bereich des Schleppmomentes liegt. Damit soll verhindert werden, dass das Ausgangsmoment des Filters überhaupt oder mit zu steilem zeitlichen Gradienten ein Kupplungsnullmoment unterschreitet. Das Kupp- lungsnullmoment ist dabei gleich einem Verlustmoment.
Problematisch bei dieser Lösung ist es, dass das Verhalten des Fahrzeugs beim Lastwech¬ sel, d.h. beim Übergang vom Zugbetrieb in den Schubbetrieb nicht reproduzierbar ist, da der Abstand des Minimalmomentes vom Kupplungsnullmoment abhängig vom Kupp- lungsnullmoment bzw. vom Verlustmoment unterschiedlich ist.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegen¬ über den Vorteil, dass ein Grenzwert für den Sollwert für die Ausgangsgröße abhängig von einem Verlustwert der Antriebseinheit gebildet wird. Auf diese Weise wird sicherge¬ stellt, dass der Abstand des Grenzwertes für den Sollwert für die Ausgangsgröße vom Verlustwert der Antriebseinheit konstant bleibt, egal wie groß der Verlustwert ist. Somit lässt sich unabhängig von der Größe des Verlustwertes die Lastschlagdämpfung auf eine reproduzierbare Art erreichen, wenn der Sollwert für die Ausgangsgröße zurückgenom¬ men werden soll und eine Schubabschaltung nicht freigegeben ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbil- düngen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn für die Bildung des Grenzwertes zum Verlustwert ein vorgegebener Wert addiert oder vom Verlustwert ein vorgegebener Wert subtrahiert wird. Dies ermöglicht eine besonders einfache und zuverlässige Realisierung für die Bildung des Grenzwertes.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn der Grenzwert abhängig von einem Betriebszu¬ stand der Antriebseinheit gebildet wird. Auf diese Weise kann die Lastschlagdämpfung an den Betriebszustand der Antriebseinheit angepasst werden, wobei für gleiche Betriebs-
zustände der Antriebseinheit dennoch der Abstand des Verlustwertes vom Grenzwert konstant bleibt und damit bei gleichem Betriebszustand der Antriebseinheit das Verhalten der Antriebseinheit beim Lastwechsel bzw. die Lastschlagdämpfung auf eine reprodu¬ zierbare Art erreicht werden kann.
Vorteilhaft ist weiterhin, wenn der Betriebszustand abhängig von einem Übersetzungs¬ verhältnis, einem Gang und/oder einer Drehzahl festgelegt wird. Auf diese Weise lässt sich der jeweilige Betriebszustand der Antriebseinheit einfach und zuverlässig bestimmen und der Grenzwert somit optimal an den jeweiligen Betriebszustand der Antriebseinheit im Sinne einer optimalen Lastschlagdämpfung mit weitestgehender Verhinderung eines
Lastschlags anpassen.
Vorteilhaft ist weiterhin, wenn der Sollwert für die Ausgangsgröße gefiltert wird, insbe¬ sondere mittels eines Tiefpasses, und wenn der Grenzwert als Zielwert der Filterung ge- wählt wird. Auf diese Weise lässt sich die Lastschlagdämpfung optimal mit der Wahl des geeigneten Grenzwertes für den Sollwert für die Ausgangsgröße auf einfache Weise kombinieren, um die Verhinderung des Lastschlags auf eine reproduzierbare Art zu errei¬ chen.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nach¬ folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 ein Funktionsdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 2a) einen ersten zeitlichen Verlauf einer Ausgangsgröße einer Antriebseinheit und Figur 2b) einen zweiten zeitlichen Verlauf der Ausgangsgröße der Antriebseinheit.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Figur 1 kennzeichnet 5 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Form eines Funktions¬ diagramms, das beispielsweise Software- und/oder hardwaremäßig in einer Steuerung ei¬ ner Antriebseinheit implementiert sein kann. Dabei kann die Antriebseinheit beispiels¬ weise ein Kraftfahrzeug antreiben und zu diesem Zwecke beispielsweise eine Brenn-
- A -
kraftmaschine umfassen. Bei der Brennkraftmaschine kann es sich dabei beispielsweise um einen Ottomotor oder einen Dieselmotor handeln. Im Falle des Kraftfahrzeugs gibt beispielsweise der Fahrer des Kraftfahrzeugs beispielsweise an einem Fahrpedal durch entsprechende Betätigung einen Sollwert für eine Ausgangsgröße der Antriebseinheit vor. Bei der Ausgangsgröße der Antriebseinheit kann es sich dabei beispielsweise um ein
Drehmoment oder eine Leistung oder eine vom Drehmoment und/oder der Leistung abge¬ leitete Größe handeln. Im Folgenden wird beispielhaft angenommen, dass es sich bei der Ausgangsgröße um ein Drehmoment der Antriebseinheit, beispielsweise um ein Motor¬ moment handelt. Betrachtet wird nun der Übergang von einem Zugbetrieb in einen Schubbetrieb der Antriebseinheit, der beispielsweise dadurch erreicht wird, dass der Fah¬ rer das Fahrpedal des Fahrzeugs loslässt. Der Sollwert für das Motormoment springt dann von einem höheren Wert auf einen niedrigeren Wert. Dies ist beispielsweise Figur 2a) zu entnehmen, die den zeitlichen Verlauf der Ausgangsgröße A darstellt. Bei der Ausgangs¬ größe A handelt es sich dabei wie beschrieben in diesem Beispiel um das Motormoment der Antriebseinheit. Zu einem ersten Zeitpunkt ti springt dabei der Sollwert S aufgrund des vollständigen Loslassens des Fahrpedals durch den Fahrer von einem positiven Wert Si auf den Wert 0. Auf diese Weise wird ein Übergang von einem Zugbetrieb der An¬ triebseinheit in einen Schubbetrieb der Antriebseinheit eingeleitet. Damit das Fahrzeug aufgrund des Sollwertsprunges zum ersten Zeitpunkt ti nicht zu abrupt abbremst und es zu keinem Lastschlag aufgrund einer Anlagewechselreaktion der Lager im Antriebsstrang des Fahrzeugs kommt, wird der Sollwert S vom ersten Zeitpunkt ti an gefiltert, beispiels¬ weise mittels eines Tiefpasses, wie er durch das Bezugszeichen 1 im Funktionsdiagramm 5 der Figur 1 dargestellt ist. Wenn der Fahrer wie beschrieben schlagartig das Fahrpedal loslässt, so wünscht er in der Regel eine Verzögerung des Fahrzeugs durch ein Schlepp- moment des Motors inklusive des Betriebs von Nebenaggregaten, wie beispielsweise
Klimaanlage, Servomotoren, usw. Das Schleppmoment des Motors entspricht dabei ma¬ ximal einem Verlustwert V in Figur 2a), der sämtliche Motorverluste vereint und auch als Verlustmoment in diesem Beispiel bezeichnet wird. Das Verlustmoment V wird dabei auch als Kupplungsnullmoment bezeichnet. Der Bereich des Motormoments zwischen dem Wert 0 und dem Verlustmoment V kennzeichnet damit den sogenannten Schleppbe¬ trieb des Motors, in dem das Fahrzeug durch das Schleppmoment des Motors angetrieben wird, wobei das entsprechende Schleppmoment zur Kompensation der Motorverluste, beispielsweise aufgrund der Motortemperatur, sowie zum Betrieb der Nebenaggregate er¬ forderlich ist. Das Verlustmoment V umfasst die Verluste des Motors, die sich beispiels-
weise abhängig von der Motortemperatur ergeben, sowie den Drehmomentenbedarf der an der Kupplung der Antriebseinheit wirksamen Nebenaggregate. Für Motormomente oberhalb des Verlustmomentes V liegt der Zugbetrieb vor und für Motormomente unter¬ halb dem Wert 0 liegt der Schubbetrieb bzw. Schubabschaltung des Motors vor. Die Schubabschaltung wird also erst nach Erreichen einer Momentenschwelle in der Nähe oder gleich dem Nullmoment freigegeben, sofern die Motordrehzahl um mindestens einen vorgegebenen Schwellwert eine vorgegebene Leerlaufdrehzahl überschreitet. Auf diese Weise wird ein Ausgehen des Motors im Schubbetrieb verhindert, wobei der vorgegebene Schwellwert beispielsweise auf einem Prüfstand geeignet appliziert werden kann, um die Schubabschaltung rechtzeitig aufzuheben und somit zu verhindern, dass die Motordreh¬ zahl unter die vorgegebene Leerlaufdrehzahl absinken und der Motor dadurch mögli¬ cherweise ausgehen kann. Die Schubabschaltung bedeutet dabei die Kraftstoffausblen¬ dung für sämtliche Zylinder der Brennkraftmaschine. Oft ist jedoch ein Abschalten der Kraftstoffzufuhr der Zylinder und damit eine Schubabschaltung nicht möglich, aus Grün- den, die nicht von der Bildung des Sollwertes S abhängen. Die Weiterversorgung der Zy¬ linder mit Kraftstoff kann dabei beispielsweise für Funktionen wie Tankentlüftung und zur Aufrechterhaltung einer vorgegebene Katalysatortemperatur erforderlich sein. Dem Filter 1 wird in diesen Fällen als Zielwert ein Grenzwert G vorgegeben, der größer als 0 ist und den der gefilterte Sollwert S' am Ausgang des Filters 1 asymptotisch annähert. Dabei kann der Grenzwert G im Bereich des Schleppbetriebes liegen, also kleiner als das
Verlustmoment V sein und damit ein Schleppmoment darstellen. Durch geeignete Wahl des Grenzwertes G, beispielsweise auf einem Prüfstand, kann somit verhindert werden, dass der gefilterte Sollwert S' mit einem zu steilen zeitlichen Gradienten das Kupplungs¬ nullmoment V passiert. Wählt man den Grenzwert G größer als das Verlustmoment V, so kann dadurch verhindert werden, dass der gefilterte Sollwert S' überhaupt das Kupp¬ lungsnullmoment unterschreitet und somit ein Lastschlag dadurch verhindert wird, dass es zu keinem Anlagewechsel in den Lagern kommt. Durch den Grenzwert G größer als 0 wird sichergestellt, dass der gefilterte Sollwert S' nicht in den Bereich der Schubabschal¬ tung gelangt, eine Schubabschaltung somit verhindert wird.
Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, den Grenzwert G abhängig vom Verlustmoment V der Antriebseinheit zu bilden. Auf diese Weise hängen Verlustmoment V und Grenz¬ wert G derart miteinander zusammen, dass auch bei verschiedenen Verlustmomenten V das Verhalten des Fahrzeugs bei Verhinderung des Lastschlages durch Lastschlagdämp-
fung mittels Sollwertfilterung und Bildung des gefilterten Sollwertes S' reproduzierbar ist. Durch die Vorgabe des Grenzwertes G als Zielwert für den Tiefpass 1 kann somit un¬ abhängig von der Größe des Verlustmomentes V der Lastschlag auf reproduzierbare Art verhindert werden, insbesondere wenn der Fahrer das Fahrpedal loslässt und eine Schub- abschaltung nicht freigegeben werden soll.
Besonders einfach lässt sich dies dadurch realisieren, wenn für die Bildung des Grenz¬ wertes G zum Verlustmoment V ein erster vorgegebener Wert addiert oder vom Verlust¬ moment ein zweiter vorgegebener Wert subtrahiert wird. Der erste vorgegebene Wert und der zweite vorgegebene Wert können gleich oder unterschiedlich sein. Im Beispiel nach
Figur 2a) wird vom Verlustmoment V der vorgegebene positive Wert D abgezogen, um den Grenzwert G zu bilden. In Figur 2b) ist der Verlauf der Ausgangsgröße A über der Zeit für ein Beispiel dargestellt, in dem der Sollwert S zu einem zweiten Zeitpunkt t2 von einem zweiten Wert S2, der größer als der erste Wert Si ist, auf den Wert Null springt. Gemäß Figur 2b) ist dabei ein Verlustmoment V vorhanden, das größer als das Verlust¬ moment V in Figur 2a) ist. Der Abstand des Verlustmomentes V in Figur 2b) zum zwei¬ ten Wert S2 ist dabei gleich groß wie der Abstand des Verlustmomentes V vom ersten Wert Si in Figur 2a). Gemäß Figur 2a) ergibt sich der Grenzwert G dadurch, dass vom Verlustmoment V der fest vorgegebene Wert D abgezogen wird. Dieser fest vorgegebene Wert D wird auch vom Verlustmoment V gemäß Figur 2b) abgezogen, sodass sich dort ein Grenzwert G' ergibt, der gleich weit vom Verlustmoment V beabstandet ist wie der Grenzwert G vom Verlustmoment V in Figur 2a). Gemäß Figur 2b) ist dann der Grenz¬ wert G' der Zielwert des Tiefpasses 1. Somit nähert sich der gefilterte Sollwert S" in Fi¬ gur 2b) asymptotisch dem Grenzwert G' von größeren Werten her an. Somit ergibt sich gemäß Figur 2b) ein Verlauf eines gefilterten Sollwertes S", der dem Verlauf S' der Fi¬ gur 2a) entspricht, wobei insbesondere das Kupplungsnullmoment von den gefilterten Sollwerten S' und S" mit den gleichen zeitlichen Gradienten unterschritten wird. Auf diese Weise ist die Lastschlagdämpfung reproduzierbar geworden. Somit ergibt sich un¬ abhängig von der Größe des Verlustmomente V, V im Bereich des Kupplungsnullmo- mentendurchgangs ein reproduzierbarer Verlauf des gefilterten Sollwertes S' bzw. S".
Die unterschiedliche Größe der Verlustmomentes V, V kann beispielsweise dadurch zu¬ stande kommen, dass im einen Fall gemäß Figur 2a) weniger Nebenaggregate zugeschal¬ tet sind als im anderen Fall gemäß Figur 2b). Je mehr Nebenaggregate zugeschaltet sind, umso größer ist das Verlustmoment.
Der gefilterte Sollwert S' bzw. S" lässt sich mit Hilfe des Funktionsdiagramms nach Fi¬ gur 5 bilden. Gemäß Figur 1 wird dabei die Bildung des gefilterten Sollwertes S' gemäß Figur 2a) beschrieben, wobei die zugrunde liegende Schaltung in entsprechender Weise zur Bildung des gefilterten Sollwertes S" gemäß Figur 2b) zu verwenden ist. Vom Ver¬ lustmoment V wird in einem Subtraktionsglied 15 der vorgegebene Wert D subtrahiert, der durch ein beispielsweise auf einem Prüfstand appliziertes Kennfeld 25 abhängig von der Motordrehzahl n und dem eingelegten Gang g der Antriebseinheit abgeleitet wird. Der vorgegebene Wert D kann alternativ mittels eines Kennfeldes auch abhängig von der Motordrehzahl n und einem Übersetzungsverhältnis Ü der Antriebseinheit ermittelt wer¬ den. Zusätzlich kann zur Ermittlung des vorgegebenen Wertes D auch noch der Umge¬ bungsdruck der Antriebseinheit als Eingangsgröße des Kennfeldes 25 berücksichtigt wer¬ den. Am Ausgang des Subtraktionsgliedes 15 ergibt sich dann der Grenzwert G, der ei¬ nem ersten Eingang 30 eines gesteuerten Schalters 20 zugeführt wird, dessen zweitem Eingang 35 der Wert Null zugeführt wird. Das Subtraktionsglied 15 stellt somit eine Bil¬ dungseinheit zur Bildung des Grenzwertes G abhängig vom Verlustmoment V dar. Der gesteuerte Schalter 20 wird von einem Schubabschaltsignal SCH angesteuert. Sind die Bedingungen für die Freigabe der Schubabschaltung alle erfüllt, so ist das Schubabschalt¬ signal SCH gesetzt und veranlasst die Verbindung des zweiten Eingangs 35 des Schalters 20 mit dem Ausgang des Schalters 20. Andernfalls ist das Schubabschaltsignal SCH zu¬ rückgesetzt und veranlasst die Verbindung des ersten Eingangs 30 des Schalter 20 mit dem Ausgang des Schalters 20. Der Ausgang des Schalters 20 ist dann auf ein Maximal¬ auswahlglied 10 zugeführt, dem außerdem der Sollwert S zugeführt ist. Das Maximal¬ auswahlglied 10 wählt das Maximum aus der Ausgangsgröße das Schalters 20 und dem Sollwert S aus und gibt es als Eingangsgröße an den Tiefpass 1 ab, der den gefilterten
Sollwert S' abgibt.
Somit wird vom ersten Zeitpunkt ti in Figur 2a) bzw. vom zweiten Zeitpunkt t2 in Figur 2b) an nicht der Sollwert S sondern der Sollwert S' bzw. S" von der Antriebseinheit um- gesetzt.
Das Verlustmoment V bzw. V, die Motordrehzahl n, der Gang g, das Übersetzungsver¬ hältnis Ü der Antriebseinheit und der Umgebungsdruck können in dem Fachmann be¬ kannter Weise ermittelt werden. Der Sollwert S ergibt sich beispielsweise in dem Fach-
mann bekannter Weise aus dem Betätigungsgrad des Fahrpedals und entspricht einem Fahrerwunschmoment. Zusätzlich oder alternativ können zur Bildung des Sollwertes S in dem Fachmann bekannter Weise auch andere Drehmomentenanforderungen von anderen Fahrzeugfunktionen, wie beispielsweise einer Antriebsschlupfregelung, einem Antiblo- ckiersystem, einer dynamischen Fahrstabilisierung, einem Fahrgeschwindigkeitsregler, usw. zugrunde gelegt werden.
Durch entsprechende Bedatung des Kennfeldes 25 kann der vorgegebene Wert D auch negativ sein, sodass der Grenzwert G auch größer als das Verlustmoment V sein kann. In diesem Fall verzögert das Fahrzeug unter Umständen nicht mehr, was im leerlaufnahen
Betriebsbereich der Antriebseinheit aber auch toleriert werden kann.
Durch die Motordrehzahl n, den eingelegten Gang g, das Übersetzungsverhältnis Ü der Antriebseinheit und/oder den Umgebungsdruck, die dem Kennfeld 25 einzeln oder in be- liebiger Kombination als Eingangsgröße zugeführt werden können, wird ein Betriebszu¬ stand der Antriebseinheit definiert, sodass der vorgegebene Wert D und damit der Grenzwert G abhängig vom Betriebszustand der Antriebseinheit gebildet wird. Somit lässt sich die Lastschlagdämpfung für verschiedene Betriebszustände der Antriebseinheit jeweils reproduzierbar durchführen.