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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft zunächst
ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem Antrieb,
bei dem aus einem von einem Benutzer oder einem Steuer- und/oder
Regelsystem geforderten positiven Antriebsmoment (Vortriebsmoment)
ein Wert für
ein von dem Antrieb bereitzustellendes inneres Drehmoment ermittelt
und der Antrieb entsprechend angesteuert wird, und bei dem der Antrieb
ein negatives Antriebsmoment (Bremsmoment) bereitstellen kann.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, ein elektrisches Speichermedium
für eine Steuer-
und/oder Regeleinrichtung eines Kraftfahrzeugs, eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung
für ein
Kraftfahrzeug, sowie ein Kraftfahrzeug.
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Ein
Verfahren der eingangs genannten Art ist vom Markt her von Nutzfahrzeugen,
beispielsweise Lastkraftwagen, bekannt, die von einer Brennkraftmaschine
angetrieben werden. Bei dem bekannten Verfahren kann der Benutzer
des Kraftfahrzeugs durch Betätigen
eines Fahrpedals einen bestimmten Leistungswunsch äußern. Dieser
Leistungswunsch entspricht bei einer bestimmten Drehzahl wiederum einem bestimmten
Antriebsmoment am Ausgang eines Getriebes der Brennkraftmaschine,
welche das Nutzfahrzeug antreibt. Auf der Basis der Getriebeübersetzung
wird aus dem gewünschten
Getriebeausgangsmoment ein so genanntes Kupplungsmoment berechnet,
welches am Eingang des Getriebes vorliegen muss. Unter Berücksichtigung
der inneren Reibung der Brennkraftmaschine und der von Nebenaggregaten,
wie beispielsweise Kraftstoffpumpe, Klimaanlage, und so weiter,
abgegriffenen Leistung, wird schließlich das indizierte oder innere
Drehmoment ermittelt, welches durch die Verbrennung von Kraftstoff
erzeugt werden muss, um das vom Benutzer gewünschte Antriebsmoment bereitstellen
zu können.
Dieses innere Drehmoment ist, abhängig vom Brennkraftmaschinentyp
und vom Betriebszustand, im Wesentlichen proportional zur eingespritzten
Kraftstoffmenge.
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Um
die direkt auf die Antriebsräder
wirkende Betriebsbremse (beispielsweise Scheibenbremsen) zu schonen,
ist bei Nutzfahrzeugen üblicherweise eine
zusätzliche "Motorbremse" vorhanden. Mittels dieser
Motorbremse kann von der Brennkraftmaschine beispielsweise bei längeren Bergabfahrten
ein negatives Antriebsmoment erzeugt werden. Üblicherweise wird eine derartige
Motorbremse vom Fahrer durch einen Zweistufenschalter betätigt, welcher
die Motorbremse entweder aus- oder einschaltet. Möglich ist
die Betätigung
aber auch automatisch durch ein Geschwindigkeitsregelsystem, mit
dem eine konstante Fahrgeschwindigkeit des Nutzfahrzeugs ohne Zutun
des Fahrers eingehalten werden soll.
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Die
vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs
genannten Art so weiterzubilden, dass die Arbeitsbelastung des Fahrers
des Kraftfahrzeugs reduziert und die Fahrsicherheit erhöht wird.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
dass ein Wert für
ein von dem Benutzer oder dem Steuer- und/oder Regelsystem gefordertes
negatives Antriebsmoment (Bremsmoment) bestimmt und hieraus ein
Wert für
ein entsprechendes, von dem Antrieb bereitzustellendes negatives
inneres Drehmoment ermittelt wird, und dass der Antrieb entsprechend
angesteuert werden kann.
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Vorteile der Erfindung
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Ein
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, dass der Einsatz der "Motorbremse" momentenbasiert erfolgt. Es wird bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
also nur noch festgestellt, welches Antriebsmoment der Fahrer des
Kraftfahrzeugs bzw. das Steuer- und/oder Regelsystem wünscht, hieraus
das entsprechende positive oder negative innere Drehmoment ermittelt,
und der Antrieb entsprechend angesteuert, beispielsweise durch Einspritzung
von Kraftstoff zur Erzeugung eines positiven Antriebsmoments, oder
durch Aktivierung einer Motorbremse zur Erzeugung eines negativen
Antriebsmoments.
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Dies
erleichtert die Einbindung der Motorbremse in bestehende Softwarestrukturen
und ermöglicht
deren Einsatz unter Berücksichtigung
von zahlreichen Funktionen, welche das Antriebsmoment beziehungsweise
das innere Drehmoment beeinflussen. Die Motorbremse kann daher bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
sehr gezielt eingesetzt werden, und ein automatisierter Einsatz
wird deutlich vereinfacht. Beispielsweise kann die Motorbremse auch über ein
fahrzeuginternes CAN-System (Controller Area Network) angesteuert
werden. Dies verringert die Arbeitsbelastung des Fahrers des Kraftfahrzeugs.
Ferner kann die Motorbremse beispielsweise auch von einer Fahrstabilitätsfunktion
gezielt eingesetzt oder auch kurzzeitig abgeschaltet oder in der Wirkung
zumindest reduziert werden, was eine Erhöhung der Fahrsicherheit ermöglicht.
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Die
Einbindung der Ermittlung des negativen inneren Drehmoments ist
dabei sehr einfach auch in bestehende Programmstrukturen möglich, da
ein bereits existierender Berechnungspfad für die Ermittlung eines vom
Antrieb bereitzustellenden positiven inneren Drehmoments und die
entsprechende Ansteuerung beispielsweise der Kraftstoffeinspritzung unverändert bleiben
können.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
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Zunächst wird
vorgeschlagen, dass ein Wert für
ein maximales negatives inneres Drehmoment ermittelt wird, und dass
der Wert für
das ermittelte negative innere Drehmoment mit dem Wert für das maximale
negative innere Drehmoment ins Verhältnis gesetzt wird. Dies erleichtert
die softwaretechnische Verarbeitung. Diese Weiterbildung kommt allerdings in
den meisten Fällen
nur dann zum Einsatz, wenn der Benutzer eine Teilanforderung von
beispielsweise 50% definiert. Ansonsten wird zumeist mit absoluten
Drehmomenten gearbeitet, die jedoch durch einen Maximalwert begrenzt
werden. Hierdurch werden "Totbereiche" vermieden.
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In
Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass der Wert für das maximale
negative innere Drehmoment von den aktuellen Betriebsbedingungen
des Antriebs und/oder des Kraftfahrzeugs abhängt. Hierdurch wird der Tatsache
Rechnung getragen, dass die maximale Leistung der Motorbremse beispielsweise
von der Betriebstemperatur, der Einsatzdauer, und anderen Einflussfaktoren
abhängen kann.
Die Motorbremse kann so sehr präzise
eingesetzt werden, was vor allem die Fahrsicherheit verbessert.
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Vorgeschlagen
wird auch, dass der ermittelte Wert für das negative innere Drehmoment
an eine Verarbeitungseinheit übermittelt
wird, die hiervon abhängig
einen Wert für
ein Ansteuersignal für
ein Stellglied erzeugt. Auf diese Weise werden die Ermittlung des
Werts für
das negative innere Drehmoment und seine Verarbeitung voneinander
entkoppelt. Dies gestattet bei unterschiedlichen Fahrzeugen beispielsweise
die Verwendung einer gleichen Software für die Ermittlung des Werts
für das
innere negative Drehmoment, jedoch eine fahrzeugspezifische Verarbeitungseinheit.
Hierdurch werden die Einsatzkosten des erfindungsgemäßen Verfahrens
reduziert.
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Dabei
wird besonders bevorzugt, wenn der Wert für das maximale negative innere
Drehmoment in der Verarbeitungseinheit ermittelt wird. Somit kann für einen
bestimmten Typ einer Motorbremse eine bestimmte Verarbeitungseinheit
verwendet werden, ohne dass die Software für die Ermittlung des Werts für das bereitzustellende
negative innere Drehmoment geändert
werden muss.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn an die Verarbeitungseinheit eine Information übermittelt
wird, von welcher Einrichtung ein negatives Antriebsmoment gefordert
wird. Auf diese Weise kann beim Einsatz der Motorbremse unterschieden
werden, ob die Anforderung beispielsweise aufgrund eines Fahrerwunsches
erfolgen soll (dann kann die Motorbremse mit nachgeordneter Priorität eingesetzt
werden), oder ob ein Eingriff einer Fahrdynamikregelung den Einsatz
der Motorbremse erfordert (dann hat der Einsatz der Motorbremse
eine hohe Priorität).
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Sinnvoll
ist es auch, wenn der Wert für
das ermittelte negative innere Drehmoment nur (also ausschließlich) an
die Verarbeitungseinheit übermittelt
wird. Hierdurch wird verhindert, dass beispielsweise eine Antiruckelfunktion
von dem ermittelten negativen inneren Drehmoment beeinträchtigt wird.
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Konkrete
Ausgestaltungen von Motorbremsen, welche technisch zuverlässig arbeiten
und vergleichsweise einfach funktionieren, umfassen die Bereitstellung
des negativen inneren Drehmoments bei einer Brennkraftmaschine mit
Hilfe einer Dekompressionsventilbremse, einer Drosselklappenbremse, und/oder
eines Hydraulik-Retarders.
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Besonders
prägnant
sind die erfindungsgemäßen Vorteile
dann, wenn das negative innere Drehmoment stufenlos bereitgestellt
wird. Auf diese Weise kann für
jede Fahrsituation und für
jeden Fahrerwunsch exakt das erforderliche negative Antriebsmoment
erzeugt werden. Vor allem aber im Zusammenspiel mit einer Geschwindigkeitsregelanlage kann
bei dieser Weiterbildung die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs
ohne Zutun des Fahrers sehr konstant gehalten werden, was dem Fahrkomfort
zugute kommt.
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Ebenfalls
für den
Fahrkomfort wichtig ist es, dass der Übergang von einem negativen
inneren Drehmoment zu einem positiven inneren Drehmoment, und gegebenenfalls
auch umgekehrt, allmählich
erfolgt. Aber auch die Belastung des Antriebsstrangs (Brennkraftmaschine – Kupplung – Getriebe – Räder) wird
hierdurch verringert, und so dessen Lebensdauer erhöht. Diese
Funktion kann auch davon abhängen,
von welcher Einrichtung das negative oder das positive Antriebsmoment
gefordert wird.
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Grundsätzlich ist
denkbar, dass gleichzeitig ein negatives und ein positives Antriebsmoment
gefordert wird. Dies ist zum Beispiel dann möglich, wenn der Benutzer einerseits
einen manuellen Motorbremsschalter betätigt, andererseits aber Gas gibt,
oder wenn der Motorbremsschalter oder das Fahrpedal defekt ist.
Für diesen
Fall werden drei mögliche
Vorgehensweisen vorgeschlagen, welche gegebenenfalls auch vom Benutzer
beispielsweise vor Antritt der Fahrt ausgewählt werden können. Eine erste
Möglichkeit
besteht darin, dass dann, wenn gleichzeitig ein negatives und ein
positives Antriebsmoment gefordert wird, ein gefordertes positives
Antriebsmoment nicht berücksichtigt
wird. Eine alternative Möglichkeit
besteht darin, dass das positive geforderte Antriebsmoment berücksichtigt
wird, wenn unmittelbar zuvor ebenfalls ein positives Antriebsmoment
gefordert worden war, und dass das negative geforderte Antriebsmoment
berücksichtigt
wird, wenn unmittelbar zuvor ebenfalls ein negatives Antriebsmoment
gefordert worden war. Schließlich
ist auch noch möglich,
dass ein gefordertes negatives Antriebsmoment grundsätzlich nicht
berücksichtigt wird,
wenn gleichzeitig ein positives Antriebsmoment gefordert wird.
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Besonders
günstig
ist das erfindungsgemäße Verfahren
dann, wenn es im Zusammenhang mit einer automatischen Geschwindigkeitsregelung
verwendet wird. Dabei müssen
Vorgehensweisen festgelegt werden, wie im Hinblick auf das negative
Antriebsmoment bei eingeschalteter Geschwindigkeitsregelung verfahren
wird.
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So
wird beispielsweise vorgeschlagen, dass dann, wenn durch eine manuelle
Betätigungseinrichtung
(im allgemeinen ein Motorbremsschalter) ein negatives Antriebsmoment
gefordert wird, der Wert für
das geforderte Antriebsmoment aus dem Minimum jener Werte gebildet
wird, welche für
das Antriebsmoment aus der Stellung eines Fahrpedals und dem Steuersignal
einer Geschwindigkeitsregelung ermittelt wurden. Bei nicht betätigtem Fahrpedal kann
also die Geschwindigkeitsregelung durch eine manuelle Betätigung des
Motorbremsschalters übersteuert
werden.
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Möglich ist
auch, dass dann, wenn durch eine manuelle Betätigungseinrichtung ein negatives Antriebsmoment
nicht gefordert wird und ein Fahrpedal betätigt ist, der Wert für das geforderte
Antriebsmoment aus dem Maximum jener Werte gebildet wird, welche
für das
Antriebsmoment aus der Stellung des Fahrpedals und dem Steuersignal
einer Geschwindigkeitsregelung ermittelt wurden. Bei nicht betätigter manueller
Betätigungseinrichtung
wird also vorgeschlagen, entsprechend dem auch bisher bei üblichen
Geschwindigkeitsregelanlagen bekannten Prinzip zu verfahren: Dieses
ermöglicht
dem Fahrer, trotz eingestellter Geschwindigkeitsregelung beispielsweise
für einen Überholvorgang
durch eine Fahrpedalbetätigung
zusätzliches
Drehmoment anzufordern, ohne dass hierfür die Geschwindigkeitsregelung
ausgeschaltet werden muss.
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Dann,
wenn durch eine manuelle Betätigungseinrichtung
ein negatives Antriebsmoment nicht gefordert wird und ein Fahrpedal
nicht betätigt ist,
kann der Wert für
das geforderte Antriebsmoment dem Wert entsprechen, welcher für das Antriebsmoment
aus dem Steuersignal einer Geschwindigkeitsregelung ermittelt wurde.
Bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird also dann, wenn
weder die manuelle Betätigungseinrichtung noch
das Fahrpedal betätigt
werden, die Geschwindigkeit ausschließlich durch die Geschwindigkeitsregelung eingestellt
wird, wobei der gesamte mögliche positive
und negative Wertebereich für
das Antriebsmoment möglich
ist. Insbesondere im Zusammenhang mit einer stufenlosen Einstellbarkeit
des Bremsmoments wird so ein optimaler Fahrkomfort ermöglicht.
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Zeichnung
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Nachfolgend
wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine
und einer Einrichtung zum Bereitstellen eines negativen Antriebsmoments
(Motorbremseinrichtung);
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2 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung
des Berechnungspfads, mit dem ein Wert für ein gefordertes inneres Drehmoment
der Brennkraftmaschine von 1 aus einem
geforderten Antriebsmoment ermittelt wird;
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3 eine
schematische Darstellung mit einem Zeigerdiagramm, mit dem die Verarbeitung
eines negativen und eines positiven geforderten Antriebsmoments
erläutert
wird; und
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4 ein
Diagramm, in dem eine Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs von 1 über der Zeit
in zwei unterschiedlichen Fahrsituationen aufgetragen ist.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 trägt ein Kraftfahrzeug
insgesamt das Bezugszeichen 10. Es ist nur schematisch
strichpunktiert dargestellt. Es handelt sich bei ihm um ein Nutzfahrzeug,
nämlich
einen Lastkraftwagen. Das Kraftfahrzeug 10 wird von einer
Brennkraftmaschine 12 angetrieben. Diese kann als Diesel-
oder Benzin-Brennkraftmaschine ausgeführt sein. Es sei an dieser
Stelle aber ausdrücklich
darauf hingewiesen, dass die meisten nachfolgend beschriebenen Verfahren
im Grundsatz auch beispielsweise bei Elektroantrieben anwendbar
sind.
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Die
nur schematisch gezeigte Brennkraftmaschine 12 umfasst
mehrere Zylinder, von denen in 1 nur einer
dargestellt ist, welcher einen Brennraum 14 umfasst. In
diesen gelangt Kraftstoff über eine
Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 16.
Die für
die Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffes erforderliche Frischluft
strömt
in den Brennraum 14 über einen
Zuströmkanal 18 und
ein Einlassventil 20. Die heißen Verbrennungsabgase werden
aus dem Brennraum 14 über
ein Auslassventil 22 und einen Auslasskanal 24 abgeleitet.
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Die
Brennkraftmaschine 12 verfügt über einen Turbolader. Dieser
besteht unter anderem aus einer im Auslasskanal 24 angeordneten
Turbine 26, welche einen Verdichter 28 antreibt,
der im Zuströmkanal 18 angeordnet
ist. Ferner ist im Auslasskanal 24 noch eine Drosselklappe 30 vorhanden.
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Der
Betrieb der Brennkraftmaschine 12 und des Kraftfahrzeugs 10 wird
von einer Steuer- und Regeleinrichtung 32 gesteuert beziehungsweise
geregelt.
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Diese
erhält
Signale von einem Fahrpedal 34, von einer manuellen Betätigungseinrichtung 36 für eine Motorbremse
(Motorbremsschalter), und einer einem Steuer- und Regelsystem, welches
als Fahrgeschwindigkeitsregelung 38 ausgebildet ist. Die
Steuer- und Regeleinrichtung 32 steuert unter anderem Steller 40 und 42 an,
mit denen die Betätigungswinkel
(Öffnungs-
und Schließwinkel)
des Einlassventils 20 und des Auslassventils 22 beeinflusst werden
können.
Ferner werden die Drosselklappe 30 und die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 16 von
ihr angesteuert.
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Die
Turbine 26 weist eine variable Turbinengeometrie auf. Diese
kann über
einen Steller 44 verstellt werden, welcher ebenfalls von
der Steuer- und Regeleinrichtung 32 angesteuert wird. Zusammen mit
dem Steller 42 ergibt sich eine sogenannte "Dekompressionsventilbremse", deren Bremswirkung durch
eine Verstellung des Ladedrucks stufenlos eingestellt werden kann.
Hierzu sei angemerkt, dass für die
Dekompressionsventilbremse eine Verstellung des Ventilsteuerwinkels
und des Einlassventils 20 nicht erforderlich ist. Denkbar
ist jedoch, dass das Einlassventil 20 während eines Ansaugtaktes geschlossen
bleibt und nur am unteren Totpunkt kurz öffnet. Der hierdurch erzeugte
Unterdruck würde dann
zusätzlich
bremsen.
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Die
Drosselklappe 30 sowie der Steller 44 einschließlich der
Turbine 26 mit variabler Turbinengeometrie und der Steller 42 gehören insgesamt
zu einer Motorbremse 46. Diese dient zur Unterstützung und/oder
Entlastung der normalen Betriebsbremse (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs 10,
die beispielsweise über
Bremsscheiben auf die Räder
des Kraftfahrzeugs 10 wirkt. Insbesondere bei Lastkraftwagen
könnte
es beispielsweise bei längerer
Talfahrt zu einer Überhitzung
dieser normalen Betriebsbremse kommen, wenn nicht zusätzlich mittels
der Motorbremse ein Bremsmoment auf die Antriebsräder wirkt.
Möglich
ist eine Motorbremse auch in Form eines sogenannten "Hydraulik-Retarders".
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Um
die Ansteuerung der Motorbremse 46 verstehen zu können, werden
nun unter Bezugnahme auf 2 verschiedene Begriffe erläutert, die
in diesem Zusammenhang eine Rolle spielen:
Durch die Verbrennung
des von den Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 16 in
die Brennräume 14 eingespritzten
Kraftstoffs wird ein so genanntes "inneres Drehmoment" trq_in (Block 47) erzeugt.
Diesem inneren Drehmoment, welches üblicherweise in etwa proportional
zur eingespritzten Kraftstoffmenge ist, steht ein Widerstandsmoment
entgegen, welches durch die innere Reibung der beweglichen Teile
der Brennkraftmaschine 12 erzeugt wird. Jene Teile, die eine
derartige innere Reibung erzeugen, sind in 2 unter
dem Bezugszeichen 48 zusammengefasst. Es ergibt sich nun
ein "Motorausgangsmoment" trq_eng (Block 49).
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Von
der Brennkraftmaschine 12 werden jedoch noch verschiedene
Nebenaggregate des Kraftfahrzeugs 10 angetrieben. Hierzu
gehören
beispielsweise Kraftstoffpumpen, Unterdruckpumpen, Lüfter, Klimaanlagen,
Hydraulikpumpen, und so weiter. Diese Nebenaggregate, welche in 2 unter
dem Bezugszeichen 50 zusammengefasst sind, "verbrauchen" ebenfalls einen
Teil des inneren Drehmoments trq_in, was zum so genannten "Kupplungsmoment" trq_clu (Block 51)
führt.
Bei dem Kraftfahrzeug 10 werden die Antriebsräder 45 über ein
manuell oder automatisch schaltbares Getriebe 52 angetrieben. Entsprechend
der gewählten
Getriebeübersetzung ergibt
sich am Ausgang des Getriebes 52 ein "Getriebeausgangsmoment" trq_gear (Block 53).
Dieses wird nachfolgend der Einfachheit halber auch als "Antriebsmoment" bezeichnet.
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Der
Einfluss der Reibung 48, der Nebenaggregate 50,
und des Getriebes 52 auf den Zusammenhang zwischen dem
inneren Moment trq_in und dem Antriebsmoment trq_gear ist dabei
nicht konstant, sondern hängt
von Betriebsbedingungen ab, die in 2 unter
dem Bezugszeichen 54 zusammengefasst sind. Zu diesen Betriebsbedingungen gehört beispielsweise
eine Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine 12. So ist
das von der Brennkraftmaschine 12 bereitstellbare maximale
Antriebsmoment trq_gear bei kalter Brennkraftmaschine 12 niedriger
als bei warmer Brennkraftmaschine, da bei kalter Brennkraftmaschine 12 mehr
Energie zur Überwindung
der inneren Reibung 48 aufgewendet werden muss als bei
warmer Brennkraftmaschine 12. Auch werden nicht ständig alle
Nebenaggregate 50 von der Brennkraftmaschine 12 angetrieben,
und die Übersetzung
des Getriebes 52 ist je nach gewählter Gangstellung unterschiedlich.
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Durch
eine Einspritzung von Kraftstoff mittels der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 16 und
eine Verbrennung in den Brennräumen 14 kann
ein positives inneres Drehmoment +trq_in erzeugt werden. Durch eine
entsprechende Ansteuerung der Motorbremse 46 kann ein negatives
inneres Drehmoment –trq_in erzeugt
werden (dieses wirkt also als Bremsmoment). Ein Wert für das geforderte
innere Drehmoment trq_in wird auf der Basis von Signalen ermittelt, die
vom Fahrpedal 34, vom Motorbremsschalter 36 und,
sofern eingeschaltet, von der Fahrgeschwindigkeitsregelung 38 bereitgestellt
werden. Aus diesen Signalen wird zunächst ein Wert für das geforderte Antriebsmoment
trq_gear (Block 53) ermittelt.
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Unter
Berücksichtigung
der aktuellen Übersetzung
des Getriebes 52 wird hieraus ein Wert für das Kupplungsmoment
trq_clu (Block 51), unter Berücksichtigung der aktuell anzutreibenden
Nebenaggregate 50 ein Wert für das Motor-Ausgangsmoment trq_eng (Block 49),
und schließlich
unter Berücksichtigung
der inneren Reibung 48 ein Wert für das jenes innere Drehmoment
trq_in (Block 47) ermittelt, welches erforderlich ist,
um das gewünschte
Antriebsmoment trq_gear bereitstellen zu können. Der beschriebene Pfad
zur Bestimmung des geforderten inneren Drehmoments trq_in aus dem
geforderten Antriebsmoment trq_gear wird auch als "Momentenpfad" bezeichnet. Er ist
in 2 insgesamt mit dem Bezugszeichen 56 bezeichnet.
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Die
Verwendung des geforderten inneren Drehmoments trq_in im Zusammenhang
mit der in dem Kraftfahrzeug 10 vorhandenen Motorbremse 46 wird
nun anhand der Darstellung in 3 näher erläutert:
Zunächst wird
der aktuell mögliche
Wertebereich für das
Antriebsmoment trq_gear ermittelt. Dieser hängt aus den bereits oben erläuterten
Gründen
von den aktuellen Betriebsbedingungen 54 der Brennkraftmaschine 12 und
des Kraftfahrzeugs 10 ab. Der Wert für das aktuell von der Brennkraftmaschine 12 betragsmäßig maximal
bereitstellbare positive Antriebsmoment trq_gear wird in einem Block 58 erzeugt
und ist in 3 mit +A bezeichnet. Auch der
Wert für
das aktuell von der Brennkraftmaschine 12 bereitstellbare betragsmäßig maximale
negative Antriebsmoment trq_gear hängt von den Betriebsbedingungen 54 ab. Er
wird jedoch in einer Verarbeitungseinheit NTC (Negative Torque Controller)
ermittelt, die in 3 das Bezugszeichen 60 trägt, und
ist in 3 mit –C bezeichnet.
Ebenfalls von den Betriebsbedingungen 54 abhängig ist
ein Wert –B
für das
Antriebsmoment trq_gear, welcher dann vorliegt, wenn von den Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 16 kein
Kraftstoff in die Brennräume 14 eingespritzt
wird (dies entspricht einem inneren Drehmoment trq_in von Null).
Es versteht sich, dass bei kalter Brennkraftmaschine der Wert –B betragsmäßig größer ist
als bei warmer Brennkraftmaschine. Der Wert –B wird ebenfalls im Block 58 berechnet.
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Bei
dem Kraftfahrzeug 10 steht also für das geforderte Antriebsmoment
trq_gear nicht nur, wie bisher, der Wertebereich von –B bis +A
zur Verfügung,
sondern zusätzlich
auch ein negativer Wertebereich, welcher von –B bis –C reicht, und der einem Bremsmoment
der Motorbremse 46 entspricht. Der erstgenannte Wertebereich
trägt in 3 das
Bezugszeichen 62, der letztgenannte das Bezugszeichen 64.
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Es
wird nun der Fall angenommen, dass die Fahrgeschwindigkeitsregelung 38 eingeschaltet
ist, so dass das Kraftfahrzeug 10 mit einer bestimmten konstanten
Geschwindigkeit Vsoll (vergleiche 4) fahren
soll. Es wird zunächst
auch angenommen, dass der Motorbremsschalter 36 nicht betätigt ist,
ein negatives Antriebsmoment im Bereich –B bis –C also nicht explizit gefordert
ist. Schließlich
wird noch angenommen, dass der Fahrer des Kraftfahrzeugs 10 das
Fahrpedal 34 nicht betätigt.
Die entsprechenden Signale werden in einem Block 65 ausgewertet.
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Fährt das
Kraftfahrzeug 10 in der Ebene oder bergauf, muss von der
Brennkraftmaschine 12 ein positives Antriebsmoment geleistet
werden, um den Luft- und Rollwiderstand zu überwinden. Ein Wert für das entsprechende
geforderte positive Antriebsmoment trq_gear ist in 3 durch
die mit durchgezogenen Linien gezeichnete Stellung eines Pfeils 66 dargestellt.
Das geforderte Antriebsmoment trq_gear variiert dabei betragsmäßig genau
so, dass die Fahrgeschwindigkeit Vsoll eingehalten wird. Wenn das geforderte
Antriebsmoment trq_gear im Wertebereich 62 liegt, wird über den
Momentenpfad 56 ein Wert für das entsprechende innere
Drehmoment trq_in ermittelt und auf in 3 nicht
näher dargestellte
Art und Weise in einer entsprechenden Verarbeitungseinheit 67 ein
entsprechendes Ansteuersignal für
die Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 16 generiert.
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Befindet
sich das Kraftfahrzeug 10 jedoch auf einer Talfahrt, muss
zum Einhalten einer konstanten Sollgeschwindigkeit Vsoll ein entsprechend
geringeres Antriebsmoment trq_gear geleistet werden. Dabei kann
es vorkommen, dass das Kraftfahrzeug 10 auch dann, wenn
von den Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 16 kein Kraftstoff
mehr in die Brennräume 14 eingespritzt
wird, dennoch beschleunigen würde. Um
in einem solchen Fall die Betriebsbremse zu schonen, wird automatisch
die Motorbremse 46 aktiviert. Die Aktivierung wird dann
durchgeführt,
wenn der Wert für
das geforderte Antriebsmoment trq_gear im Wertebereich 64 liegt
(gestrichelt dargestellter Pfeil 66 in 3).
In diesem Fall wird ebenfalls über den
Momentenpfad 56 das entsprechende negative innere Drehmoment
trq_in ermittelt und an die Verarbeitungseinheit 60 weitergeleitet.
Diese steuert die Motorbremse 46 dann so an, dass das gewünschte Bremsmoment – sofern
möglich – erzeugt
wird.
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Nun
wird der Fall untersucht, bei dem der Motorbremsschalter 36 betätigt ist,
also ein negatives Antriebsmoment trq_gear ausdrücklich gefordert wird, die
Fahrgeschwindigkeitsregelung 38 aktiviert ist, und der
Fahrer zumindest zeitweise das Fahrpedal 34 betätigt. Die entsprechenden
Signale werden ebenfalls im Block 65 ausgewertet. In diesem
Fall wird der Wert für
das geforderte Antriebsmoment trq_gear aus dem Minimum jener Werte
gebildet, welche für
das geforderte Antriebsmoment trq_gear aus der Stellung des Fahrpedals 34 und
dem Steuersignal der Fahrgeschwindigkeitsregelung 38 ermittelt wurden.
Dies bedeutet, dass dann, wenn das Fahrpedal nicht betätigt wird,
die Motorbremse 46 aktiviert wird, oder, anders ausgedrückt: Bei
nicht betätigtem Fahrpedal 34 kann
die Fahrgeschwindigkeitsregelung 38 durch eine manuelle
Betätigung
des Motorbremsschalters 36 übersteuert und das Fahrzeug 10 gebremst
werden. Insbesondere in diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen,
dass der Motorbremsschalter 36 als Dreistufenschalter ausgebildet ist,
welcher die folgenden drei Schaltstellungen aufweist: Aus, 50% Motorbremsleistung,
100% Motorbremsleistung. Alternativ kann auch ein einfacher Zweistufenschalter
mit zusätzlichem
Vorwahlschalter vorhanden sein.
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Eine
weitere Kombinationsmöglichkeit
ist, dass der Motorbremsschalter 36 nicht betätigt ist,
das Fahrpedal 34 jedoch betätigt ist oder Priorität gegenüber der
Fahrgeschwindigkeitsregelung 38 besitzt. In diesem Fall
wird der Wert für
das geforderte Antriebsmoment trq_gear aus dem Maximum jener Werte
gebildet, welche für
das Antriebsmoment trq_gear aus der Stellung des Fahrpedals 34 und
dem Steuersignal der Fahrgeschwindigkeitsregelung 38 ermittelt wurden.
Dabei wird jedoch auch dann, wenn ein Antriebsmoment trq_gear gefordert
wird, dessen Wert im Wertebereich 64 liegt, die Motorbremse 46 von der
Verarbeitungseinheit 60 nicht aktiviert. Der Grund liegt
darin, dass ein betätigtes
Fahrpedal 34 entsprechend dem Pfad 70 die Berechnungen
im Momentenpfad 56 dahingehend beeinflusst, dass ein negatives inneres
Drehmoment (Bremsmoment) zu Null gesetzt wird.
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Man
erkennt, dass durch eine Betätigung des
Motorbremsschalters 36 die Priorität zwischen Fahrpedal 34 und
Fahrgeschwindigkeitsregelung 38 sowie die Art der Auswertung
der entsprechenden Signale verändert
werden kann. Grundsätzlich
ist aber auch denkbar, dass diese Zusammenhänge von sonstigen Funktionen
beeinflusst werden können.
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Wie
bereits oben erläutert
wurde, wird die Motorbremse 46 technisch durch eine stufenlos
einstellbare Dekompressionsventilbremse und eine Drosselklappenbremse
realisiert. Bei der Dekompressionsventilbremse wird die während des
Kompressionstaktes im Brennraum 14 verdichtete Luft am
Ende des Kompressionstaktes durch ein entsprechendes Öffnen des
Auslassventils in den Auslasskanal 24 abgelassen. Hierdurch
fehlt die an sich nach dem Überschreiten
des oberen Totpunktes auf den Kolben (in 1 nicht
dargestellt) wirkende Gasfederenergie, was zu einer erhöhten Motorbremsleistung
führt.
Je nach dem Winkel der Kurbelwelle (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine 12,
bei dem das Auslassventil 22 geöffnet wird, und je nach dem
Ladedruck, welcher durch den Steller 44 der Turbine 26 eingestellt
wird, kann die Motorbremsleistung stufenlos eingestellt werden.
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Zusätzlich kann
die Motorbremsleistung noch durch eine Verstellung der Drosselklappe 30 stufenlos
variiert werden. Durch die Möglichkeit
der stufenlosen Einstellung der Motorbremsleistung und durch die
Aktivierung der Motorbremse 46 auf der Basis des Momentenpfads 56 kann
die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bei eingeschalteter Fahrgeschwindigkeitsregelung 38 sehr
genau und konstant gehalten werden. Dies ist in 4 durch
die durchgezogene Kurve 70 dargestellt. Ist dagegen nur eine Motorbremse
vorhanden, welche ein- und ausgeschaltet werden kann, oder welche
zwei Bremswirkungsstufen kennt (beispielsweise 50% und 100%), ergibt
sich eine Zweipunktregelung der Fahrgeschwindigkeit entsprechend
der gestrichelten Linie 72 in 4.
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Dadurch,
dass der Einsatz der Motorbremse 46 auf im Prinzip auch
bisher gebräuchlichen
Momentenberechnungen basiert, kann die Motorbremse 46 auch
durch andere Funktionen aktiviert werden. Hierzu gehört beispielsweise
eine Fahrdynamikregelung, ein ABS, eine Höchstgeschwindigkeitsbegrenzung,
und so weiter. Um die Aktivierung der Motorbremse 46 an
den jeweiligen Anforderungsgrund optimal anpassen zu können, wird
daher an die Verarbeitungseinheit 60 nicht nur ein Wert
für das
geforderte innere Drehmoment trq_in sondern auch eine Information übermittelt,
von welcher Einrichtung das negative Antriebsmoment trq_gear angefordert
wird.
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Im übrigen sei
auch darauf hingewiesen, dass der Übergang von einem positiven
zu einem negativen geforderten inneren Drehmoment trq_in allmählich erfolgt,
auch wenn die Änderung
des geforderten Antriebsmoments trq_gear hochdynamisch ist. Hierzu
sind entsprechende Zeitbeziehungsweise Filterglieder vorgesehen.
Ferner sei angemerkt, dass die oben beschriebenen Verfahren und
Vorgehensweisen in Form eines Computerprogramms auf einem Speicher 74 der
Steuer- und Regeleinrichtung 32 abgelegt sind.