Verfahren zur Steuerung von Nebenaggregaten eines Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Nebenaggregaten eines Kraftfahrzeugs, welche über ein Verlustmoment auf den Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs einwirken.
Heutzutage werden Fahrzeuge insbesondere im Hinblick auf Komfort und Sicherheit mit immer mehr und/oder immer größer werdenden sogenannten Nebenaggregaten wie Klimaanlage (Klimakompressor), Generator, Lenkhilfepumpen, Pumpen zur Fahrwerkstabilisierung oder dergleichen ausgestattet. Alle diese Nebenaggregate wirken mittelbar oder unmittelbar als Erzeuger von auf den Antriebsstrang wirkenden Verlustmomenten, indem sie aufgrund ihres Betriebs zusätzlich zum von der Antriebseinheit (z.B. Brennkraftmaschine und/oder Elektromotor) aufzubringenden reinen motorischen Antriebsmoment für die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs oder für die reine Aufrechterhaltung eines Leerlaufbetriebs ohne aktivierte Nebenaggregate, mit zusätzlich zu erzeugendem Moment (sogenanntes Verlustmoment) für ihren eigenen Betrieb die Antriebseinheit belasten. Insbesondere bei Motoren kleinerer Leistung besteht hierdurch das Problem, das die Antriebseinheit nicht in jedem Betriebszustand das jeweils angeforderte Gesamtmoment erfüllen (bzw. bereitstellen) kann. In diesem Sinne wirkt auch der Drehmomentenwandler eines Automatikgetriebes als ein, ein Verlustmoment erzeugendes Nebenaggregat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung von Nebenaggregaten eines Kraftfahrzeugs, welche über ein Verlustmoment auf den Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs einwirken, anzugeben, welches in allen Betriebszuständen der Antriebseinheit deren anforderungskonformen Betrieb gewährleistet, insbesondere Anfahrschwächen oder ein ungewolltes Abschnappen (Ausgehen) der Antriebseinheit während des Leerlaufbetriebs verhindert.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Ermittlung und die anschließende Überwachung eines zu erwartenden Gesamtverlustmoments sowie die in Abhängigkeit vom Überwachungsergebnis gegebenenfalls erfolgende Abschaltung eines abschaltbaren Nebenaggregats wird der sichere und anforderungskonforme Betrieb der Antriebseinheit in jedem Betriebszustand gewährleistet. Für die Ermittlung des zu erwartenden fiktiven Gesamtverlustmoments wird die Abschalttotzeit (benötigte Zeit die vergeht vom Zeitpunkt des Abschaltbefehls bis zum tatsächlichen Beginn des Abschaltvorgangs) mindestens eines abschaltbaren und ein Verlustmoment erzeugenden Nebenaggregats (im Folgenden abschaltbares Nebenaggregat genannt) ermittelt. Sind mehrere abschaltbare Nebenaggregate vorhanden wird zumindest die kürzeste Abschalttotzeit ermittelt. Vorzugsweise wird die Abschalttotzeit aus einer hinterlegten Tabelle der Abschalttotzeiten für alle abschaltbaren Nebenaggregate oder jeweils aus einem Speicherbereich im abschaltbaren Nebenaggregat selbst ausgelesen. Dann wird ausgehend vom aktuell vorliegenden Gesamtverlustmoment (Summe der aktuell anliegenden Verlustmomente aller (aktiven) Nebenaggregate) ermittelt, welches fiktive Gesamtverlustmoment (aktuelles Gesamtverlustmoment + Verlustmoment aller (aktiven) Nebenaggregate nach Ablauf der Abschalttotzeit eines potentiell abzuschaltenden Nebenaggregats) sich nach Ablauf der zugrunde gelegten Abschalttotzeit einstellen wird. Die Abschätzung der des fiktiven Gesamtverlustmoments erfolgt beispielsweise, indem berechnet wird,
welches Drehmoment mit Ablauf der Abschalttotzeit maximal von allen beteiligten Nebenaggregaten aufgenommen werden kann. Mit Vorteil wird hierfür für jedes (aktive) Nebenaggregat das aktuell aufgenommene Drehmoment, das maximal aufnehmbare Drehmoment und der maximale Drehmomentgradient ermittelt. Abschließend wird das ermittelte zu erwartende Gesamtverlustmoment mit einer vorgegebenen Momentenschwelle verglichen (Überwachung) und für den Fall, dass diese erreicht oder überschritten wird, wird das Nebenaggregat dessen Abschalttotzeit für die Ermittlung der Verlustmomente aller Nebenaggregate herangezogen wurde abgeschaltet (Abschaltung).
Andere Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 : den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs nebst mit diesem gekoppelten Nebenaggregaten in schematischer Darstellung,
Figur 2: den in einem Diagramm dargestellten Zusammenhang zwischen über eine Antriebseinheit erzeugtem Antriebsmoment und über Nebenaggregate erzeugten Verlustmomenten,
Figur 3: die erfindungsgemäße Arbeitsweise in einer möglichen Ausführungsform, veranschaulicht in einem Diagramm: Antriebsmoment und Verlustmomente über der Zeit, und
Figur 4: die Arbeitsweise in einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ausführungsform, veranschaulicht in einem Diagramm gemäß Figur 3.
In Figur 1 ist der Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs dargestellt, umfassend eine Brennkraftmaschine 2, ein Automatikgetriebe 4 nebst Wandlereinheit 4a
und eine die Antriebseinheit 2 mit dem Automatikgetriebe 4 bzw. mit dessen Wandlereiriheit 4a verbindende Kurbelwelle KW bzw. Antriebswelle AW. Bei derartigen Systemen wird durch die als Brennkraftmaschine (und/oder Elektromotor) ausgebildete Antriebseinheit 2 ein positives Antriebsmoment erzeugt, welches über die Kurbelwelle KW bzw. Antriebswelle AW auf das Getriebe 4 und über dies auf ein Differential und die Antriebswellen der Antriebsräder R übertragen wird. Darüber hinaus muss die Antriebseinheit 2 ein ausreichendes Drehmoment für Nebenaggregate NA (dabei wird im Folgenden im Sinne der Erfindung auch die Wandlereinheit 4a als ein, ein Verlustmoment erzeugendes Nebenaggregat verstanden) bereitstellen, die im Falle ihres Betriebs (Nebenaggregat aktiv) ein negatives Moment (Verlustmoment) auf den Antriebsstrang bzw. auf die den Antriebsstrang antreibende Antriebseinheit 2 ausüben. In Figur 1 ist eine Mehrzahl von Nebenaggregaten dargestellt, wobei allgemein nicht abschaltbare Nebenaggregate mit NA und abschaltbare Nebenaggregate mit NA1 , ..., NAn bezeichnet sind. Darüber hinaus ist eine Steuereinheit 10 vorhanden über die die Nebenaggregate NA; NA1 NAn in Abhängigkeit von den vorliegenden
Umgebungs- und Betriebsbedingungen U, B gesteuert werden. Die Steuereinheit 10 ist hierbei derart ausgebildet, dass die Ansteuerung der abschaltbaren Nebenaggregate NA1 , ..., NAn gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt.
In Figur 2 wird die Problematik einer durch Nebenaggregate NA; NA1 , ..., NAn bedingten Überlast im Leerlaufbetrieb der Antriebseinheit 2 veranschaulicht. Hierbei wird angenommen, dass bei einer Leerlaufdrehzahl unter definierten Umgebungs- und Betriebsbedingungen U, B (Normbedingungen) von der Antriebseinheit 2 ein maximales Gesamtantriebsmoment von 200 Nm bereitgestellt werden kann. Ferner sind insgesamt vier Nebenaggregate NA aktiviert, die durch ihren Betrieb insgesamt ein Verlustmoment von 150 Nm erfordern - davon sind zwei Nebenaggregate NA1 , NA2 (z.B. Klimaanlage und Generator) als
abschaltbarβ Nebenaggregate ausgebildet. Theoretisch verbleibt also ein Restmoment von 50 Nm zur Aufrechterhaltung des Betriebs der Antriebseinheit 2. Angenommen den Fall, dass aufgrund von Umgebungsbedingungen U wie Außentemperatur, geometrischer Höhe (mangelnder Sauerstoffgehalt) und Betriebsbedingungen B wie eingelegte Gangstufe „D" (Vorwärtsfahrt) des Automatikgetriebes das vorhandene Restmoment von 50 Nm aufgezehrt oder gar überschritten wird, kann der Fall auftreten, dass die Antriebseinheit 2 ihren Betrieb nicht aufrechterhalten kann und ungewollt ausfällt (sogenanntes „Abschnappen").
Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung von abschaltbaren Nebenaggregaten NA1 , ..., NAn, auf deren Wirkungsweise genauer im Zuge der Figurenbeschreibung zu Figur 3 und 4 eingegangen wird, wird diesem Zustand frühzeitig entgegengewirkt. Hierfür wird das auf den Antriebsstrang wirkende aktuelle Gesamtverlustmoment Mvjst aller Nebenaggregate NA; NA1 , ..., NAn und die Abschalttotzeit ΪNAjot des mindestens einen abschaltbaren Nebenaggregats NA1 , ..., NAn ermittelt, eine Abschätzung des nach Ablauf der Abschalttotzeit TNA_tot voraussichtlich vorhandenen Gesamtverlustmoments Mvjst* vorgenommen, dieses nach Ablauf der Abschalttotzeit ΪNAjot voraussichtlich vorhandene Gesamtverlustmoment Mvjst* mit einem vorgegebenen maximalen Gesamtverlustmoment (Maximalmomentenschwelle Mmax) verglichen und für den Fall, dass die vorgegebene Maximalmomentenschwelle Mmax durch das abgeschätzte Gesamtverlustmoment Mvjst* überschritten wird, die Abschaltung des mindestens einen abschaltbaren Nebenaggregats NA1 , ..., NAn veranlasst.
Gemäß Figur 3 ist eine Abschaltstrategie veranschaulicht, bei der im Falle von nur einem einzigen abschaltbaren Nebenaggregat dessen Abschalttotzeit TNAjot beziehungsweise im Falle mehrerer abschaltbarer Nebenaggregate NA1 , ..., NAn vorzugsweise die Abschalttotzeit ΪNAjot des Nebenaggregats mit der kürzesten Abschalttotzeit TNAJC* (im Folgenden mit
ΪNAijot bezeichnet) als Basis für die Ermittlung des Momentenverlaufs während dieser Abschalttotzeit TNAi_tot herangezogen wird. Eine Abschaltung des „einzigen" (einzige Abschalttotzeit) bzw. des „schnellsten" (kürzeste Abschalttotzeit) Nebenaggregats findet statt, wenn das aktuelle Verlustmoment der Nebenaggregate zuzüglich dem prädizierten
(abgeschätzten) Verlustmoment der Nebenaggregate NA; NA1 NAn bezogen auf die kürzeste Abschalttotzeit TNAi_tot die vorgegebene Maximalmomentenschwelle Mm3x erreicht oder überschreitet. Gemäß Figur 3 beträgt die Abschalttotzeit ΪNAjot des schnellsten Nebenaggregats beispielsweise TNAI jot = 150 ms- Ausgehend vom aktuellen Gesamtverlustmoment Mvjst aller aktiven Nebenaggregate NA; NA1 , ..., NAn im Zeitpunkt tθ wird beispielsweise gemäß einer linearen Funktion über die Abschalttotzeit TNAI jot der zu erwartende Momentenverlauf berechnet. Diese Berechnung erfolgt fortlaufend, in einem im Vergleich zur kürzesten Abschalttotzeit TNAi_tot erheblich verkürzten Zeitintervall von beispielsweise 10 ms. Sobald schließlich die Maximalmomentenschwelle Mmax durch das fiktive Gesamtverlustmoment Mvjst* erreicht ist, wird im Zeitpunkt tθ der Abschaltbefehl für das abzuschaltende Nebenaggregat, dessen Abschalttotzeit TNA_tot zur Berechnung des fiktiven Gesamtverlustmoments Mvjst* zugrunde gelegt wurde, generiert. Nach Ablauf der Abschalttotzeit ΪNAjot wird die tatsächliche Abschaltung des Nebenaggregats eingeleitet. Das tatsächliche Abschaltverhalten wird hier ebenfalls durch einen linearen Verlauf idealisiert angenommen, so dass das abzuschaltende Nebenaggregat nach Ablauf der Abschalttotzeit TNAjot und anschließender Ausschaltzeit TNA_aus komplett abgeschaltet ist (Verlustmoment des abgeschalteten Nebenaggregats = 0). Aus der dem tatsächlichen Abschaltverhalten des Nebenaggregats während der Ausschaltzeit lässt sich der maximale Momentengradient des jeweiligen Nebenaggregats ermitteln (siehe Steigung der Ausschaltflanke). Sowohl der maximale Momentengradient als auch das maximal durch das jeweilige Nebenaggregat aufnehmbare maximale Verlustmoment (die neben dem aktuellen
Verlustmoment des jeweiligen Nebenaggregats für die Berechnung des fiktiven Gesamtverlustmoments erforderlich sind) sind vorzugsweise für jedes einzelne abschaltbare Nebenaggregat in Kennfeldern, basierend auf den aktuellen Umgebungs- und Betriebsbedingungen U, B hinterlegt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird als Maximalmomentenschwelle Mmaχ vorzugsweise das aktuelle Maximalmoment der Antriebseinheit 2 abzüglich einer Momentendifferenz als Momenten-Sicherheitsreserve Ms für das erfindungsgemäße Verfahren herangezogen.
Figur 4 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung, bei der zur Abschätzung des fiktiven Gesamtverlustmoments Mvjst* nach Ablauf der Abschalttotzeit ΪNAjot die Abschalttotzeit TNA2_tot eines langsameren abschaltbaren Nebenaggregats zugrunde gelegt wird. Das langsamere Nebenaggregat wird abgeschaltet, wenn bezogen auf seine Abschalttotzeit TNA2_tot die Momentenbilanz negativ wird. Wie bei der Ausführungsform gemäß Figur 4 veranschaulicht, kann in diese Momentenbilanz eingerechnet werden, dass das Verlustmoment eines schnelleren Nebenaggregats (schneller abschaltbaren Nebenaggregats) dann schon freigegeben wurde (das schnellere Nebenaggregat bereits abgeschaltet wurde). Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden vorhandene Informationen über Nebenaggregate auf Basis einer Momentenabschätzung optimal genutzt und eventuelle Fehlabschaltungen von Nebenaggregaten wirksam vermieden. Ferner ist auf einfache Weise - ohne die Verwendung zusätzlicher teurer Hardware - eine koordinierte Abschaltung der den Antriebsstrang momentenmäßig belastenden Nebenaggregate realisiert.