DE19821481C2

DE19821481C2 - Verfahren und Einrichtung zur Steuerung einer Kraftfahrzeug-Antriebseinheit mit Verbrennungsmotor und CVT-Getriebe

Info

Publication number: DE19821481C2
Application number: DE19821481A
Authority: DE
Inventors: Oliver Predelli
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 1998-05-14
Filing date: 1998-05-14
Publication date: 2003-07-17
Anticipated expiration: 2018-05-15
Also published as: DE19821481A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Kraftfahrzeugantriebseinheit mit Verbrennungsmotor und CVT-Getriebe und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Oberbegriffen des Haupt- und Nebenanspruchs.

Vorbekannt sind durch die Schrift EP 0 574 968 B1 Steuerungen einer Kraftfahrzeug-Antriebseinheit mit einem Verbrennungsmotor und CVT-Getriebe. Der Verbrennungsmotor treibt über ein CVT-Getriebe die Antriebsräder des Kraftfahrzeuges an.

An der Getriebesteuerung liegen eingangsseitig ein Gebersignal (Gaspedalstellung) zum Einstellen des Fahrzustandes, ein Signal der Ist-Geschwindigkeit sowie der Motordrehzahl an. Die Getriebeübersetzung wird mittels der vorgenannten Signale durch Auswahl aus Kennfeldern für unterschiedliche Strategien der Übersetzungsänderung bzw. -einstellung ausgewählt und durch das Signal für die dem Motor zuführend, momentane Kraftstoffmenge angepaßt ausgegeben. Das einem elektronischen Motorsteuergerät angeschlossene Signal bestimmt die dem Motor zuzuführende, momentane Kraftstoffmenge, um einen vom Fahrfußhebel vorgegebenen Fahrzustand herzustellen bzw. zu erhalten.

Eine Rückkopplung zur Getriebesteuerung erfolgt bei diesem System nur über das Motordrehzahl- und Fahrverhalten. Dies ist für die Steuer- und Regeldynamik speziell nachteilig, wenn der Motor aus einem Lastbereich beschleunigt werden soll, in dem die gemäß Gebersignal gewünschte Kraftstoffmenge größer ist, als die durch das Motorsteuergerät als zulässig bestimmte und damit begrenzte Kraftstoffmenge.

Vorbekannt ist durch die Schrift DE 195 40 925 A1 eine Steuerung für CVT- Getriebe, welche die Übersetzung in Abhängigkeit mindestens von einem Leistungsvorgabewert und der Ist-Geschwindigkeit variiert. Zusätzlich ist eine Korrekturstufe vorgesehen, die bei Bergfahrt eine Verkleinerung des Übersetzungsverhältnisses - was einem Aufwärtsschalten bei einem Stufengetriebe entspricht - verhindert.

Vorbekannt sind durch die Schrift DE 44 39 424 C1 Motorsteuergeräte, insbesondere von Dieselfahrzeugen, bei denen über den Fahrfußhebel oder eine Eingabeeinheit eine Soll-Geschwindigkeit vorgegeben bzw. eingestellt wird. Einer Geschwindigkeitsreglereinheit im Motorsteuergerät sind Signale der Soll- und Ist- Geschwindigkeit angeschlossen. Sie gibt in Abhängigkeit der anliegenden Signale über zwischengeschaltete Korrekturstufen ein Signal für die notwendige, dem Motor zuzuführende Kraftstoffmenge ab, um die Soll-Geschwindigkeit zu erreichen oder zu halten.

Das Motorsteuergerät bestimmt, ob die gemäß dem Signal vom Geschwindigkeitsregler gewünschte Kraftstoffmenge für den momentanen Lastbereich zulässig ist und begrenzt ggf. die momentane Kraftstoffmenge auf die zulässige Größe.

Vorbekannt ist aus der japanischen Offenlegungsschrift JP 2-241845 A eine Vorrichtung zur Steuerung eines Fahrzeugantriebssystems mit einem Verbrennungsmotor und einem stufenlosen Getriebe. Die aufgrund der Vorgabe des Fahrers über das Gaspedal ermittelte Soll-Geschwindigkeit wird in ein Soll- Antriebsmoment berechnet. Das Soll-Antriebsmoment bildet die Führungsgröße zur Steuerung des Verbrennungsmotors sowie des stufenlosen Getriebes. Aus dem Soll- Antriebsmoment und der Ist-Geschwindigkeit des Fahrzeuges wird eine Soll- Eingangsdrehzahl für das Getriebe berechnet, die durch Steuerung des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes eingestellt wird. Aus dem Soll- Antriebsmoment und dem Übersetzungsverhältnis wird ein Soll-Drehmoment für den Verbrennungsmotor gebildet. Ein Regelalgorithmus berechnet aus Soll-Drehmoment und Drehzahl des Verbrennungsmotors eine Stellgröße für den Motor, welche von einem Mittel zur Motorsteuerung eingestellt wird.

Es handelt sich um ein momentengeführtes Antriebsstrang-Managementsystem. Motorabtriebs- bzw. Radmomente sind jedoch nur mit großem Aufwand messbar und gleichfalls nur näherungsweise berechenbar, wobei eine genaue Berechnung aufwendige Korrekturalgorithmen erfordert. Eine Regelung, wie vorstehend beschrieben, erfordert die Umsetzung des Fahrerwunsches in ein gewünschtes Motormoment und eine Regelung gemäß dieser Momentenvorgabe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer gattungsgemäßen Steuerung einer Kraftfahrzeug-Antriebseinheit mittels einer eingegebenen Soll- und der erfaßten Ist-Geschwindigkeit sowohl die Leistung und den Betriebsbereich des Motors als auch die Einstellung des Übersetzungsverhältnisses für das Getriebe anforderungsgerecht zu regeln.

Weiterhin soll die Steuerung bei defektem Geschwindigkeitsgebersignal einen Notbetrieb zulassen.

Diese Aufgabe wird durch die im Haupt- und Nebenanspruch beschriebenen Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zugehörigen Steuerung gelöst. Durch Eingabe einer Soll-Geschwindigkeit über das Gaspedal und mittels der von den Fahrwiderständen und der momentanen Motorleistung abhängigen, in einfacher Weise erfaßbaren Ist-Geschwindigkeit ist eine komplexe Regelung des Motorbetriebszustandes sowie der Übersetzungsänderung und -einstellung realisierbar.

Diese Lösung kommt mit den üblichen, bereits für die Motor- und Getriebesteuerung sowie für die Geschwindigkeitsanzeige notwendigen Motorbetriebs- und Fahrzustandsdaten aus.

Die Merkmale der Unteransprüche werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.

Anhand einer Zeichnung werden erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele nachfolgend beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Steuerung einer Kraftfahrzeug-Antriebseinheit,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Getriebesteuerung mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung,

Fig. 3 eine weitere Ausführung einer erfindungsgemäßen Steuerung in schematischer Darstellung.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Steuerung einer Kraftfahrzeug-Antriebseinheit schematisch dargestellt, bei der von einem Verbrennungsmotor 1 über ein CVT- Getriebe 3 die Antriebsräder, letztere nicht dargestellt, angetrieben werden. Dem Verbrennungsmotor 1 ist ein elektronisches Motorsteuergerät 2 für die Zumessung von Kraftstoff zugeordnet.

In Abhängigkeit von:

- einem leistungssteuernden Eingangssignal, das eine Kraftstoffmenge Q_F vorgibt,
- motorischen und anderen Betriebsparametern, z. B. der Motordrehzahl n_m,
- einer drehzahl- und/oder füllungsabhängigen Begrenzung der Kraftstoffeinspritzmenge,
- der Motor- und Außentemperatur,
- dem Signal einer Lambdasonde bei Ottomotoren,

regelt es:

- generell eine zugeführte Kraftstoffeinspritzmenge Q_m über die Dauer des Einspritzens,
- den Beginn der Kraftstoffeinspritzung,
- die Stellung eines elektrisch betätigten Drosselorgans ggf. auch die Funktion von Ansauganlage und/oder Lader.

Prinzipiell liegt dem elektronischen Motorsteuergerät 2 ein Eingangssignal für eine bestimmte Kraftstoffmenge Q_F und damit einer erzielbaren Motorleistung an, mit welcher eine durch die Stellung des Gaspedals 5 gewünschte Fahrgeschwindigkeit V_s herbeigeführt oder aufrechterhalten wird.

Das Motorsteuergerät 2 bildet aus dem leistungssteuernden Eingangssignal Q_F für den Motor 1 eine einzubringende, momentane Kraftstoffmenge Q_m, die gleich der vom Eingangssignal bestimmten Kraftstoffmenge Q_F oder je nach Lastbereich auch begrenzt und damit geringer als die gemäß Eingangssignal bestimmte Kraftstoffmenge Q_F sein kann.

Das Gebersignal S5 aus dem Gaspedal 5 zum Einstellen des Fahrzustandes ist einer Einheit 6 zum Bilden eines Soll-Geschwindigkeitssignals V_s angeschlossen, wobei das Signal V_s am Eingang einer Addiereinheit 7 zusammen mit dem Signal (-) V_i (negierte Ist-Geschwindigkeit) anliegt. Es wird ein Signal der Geschwindigkeitsdifferenz (V_s - V_i) gebildet, das einem Geschwindigkeitsregler 8 zusammen mit einem Signal der Änderungsgeschwindigkeit ΔV_i/dt eingangsseitig anliegt.

Der Geschwindigkeitsregler 8 bildet aus den vorgenannten Signalen ein Signal für eine Sollkraftstoffmenge Q_F, welches am Ausgang abnehmbar und eingangsseitig dem Motorsteuergerät 2 sowie einer Getriebesteuerung 4 angeschlossen ist.

Weiterhin sind Getriebesteuerung 4 eingangsseitig das vom Motorsteuergerät 2 abgegebene Signal Q_m für die momentane Kraftstoffmenge, das Signal V_i der Ist- Geschwindigkeit vom Aufnehmer 10 sowie das Gebersignal S5 vom Gaspedal angeschlossen. Aus diesen Signalen wird in üblicher Weise das notwendige Übersetzungsverhältnis Ü ermittelt und das Stellen der Getriebemechanismen zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses gesteuert.

Die Getriebesteuerung 4 weist neben den noch in Einzelheiten zu beschreibenden Funktionsgruppen eine erfindungswesentliche Korrekturstufe 43 für das einzustellende Übersetzungsverhältnis auf - siehe Fig. 2 -. Bei geringerer, momentaner Kraftstoffmenge Q_m als vom Signal für die Soll-Kraftstoffmenge Q_F bestimmt, bewirkt sie eine Korrektur der ermittelten Übersetzung Ü zu einer höheren Übersetzung hin.

In eine Auswahleinrichtung 41 für den Verlauf der Soll-Drehzahl n_ms des Motors 1 wird in Abhängigkeit der eingangsseitig anliegenden Signale Q_m der dem Motor momentan zugeführten Kraftstoffmenge und S5 des Laststellungsgebers 5 sowie der Ist-Geschwindigkeit V_i eine Soll-Drehzahl n_ms aus einer Kennfeldreihe ausgewählt. Das ausgewählte Kennfeld, z. B. 411, ist mittelbar einer Vorgabeeinrichtung 42 eingangsseitig zusammen mit dem Signal V_i der Ist-Geschwindigkeit angeschlossen.

Die Auswahleinrichtung 41 für die Strategie der Änderung der Übersetzung Ü zum Erreichen einer jeweiligen Soll-Geschwindigkeit V_s weist folgende Funktionen auf:
Ausgehend vom jeweiligen Signal Q_m der momentan zugeführten Kraftstoffmenge wird wahlweise eines der Kennfelder 411 bis 414 für die Vorgabe der Soll-Dreh zahl n_ms des Motors aktiviert.

Die Kennfelder 411 bis 414 beinhalten Verläufe der Soll-Drehzahl n_ms des Motors, z. B. einer leistungsaktiven, fahrkomfortorientierten oder minimalverbrauchoptimierten Strategie, aus der sich ein zugehöriges Drehzahl- Leistungsverhalten des Verbrennungsmotors ableitet.

Aus den Kennfeldern - z. B. 411 bis 413 - wird überwiegend aus der Ist- Geschwindigkeit sowie ggf. der Geschwindigkeit der Veränderung der Soll- Geschwindigkeitsvorgabe das dem Fahrzustand und der Soll- Geschwindigkeitsänderung entsprechende Kennfeld von der Wählstufe 410 ausgewählt und der Vorgabeeinrichtung 42 für die Übersetzungsgröße Ü_v eingangsseitig angeschlossen.

Die Vorgabeeinrichtung 42 gibt ein Übersetzungsgrößensignal Ü_v aus. Sie wandelt die zuvor berechnete Solldrehzahl n_ms des Motors in Abhängigkeit des momentanen Übersetzungsverhältnisses des Antriebes und der Ist-Geschwindigkeit in das vorzugebende Übersetzungsgrößensignal Ü_V. Dieses wird in der erfindungsgemäßen Korrekturstufe 43 je nach dem Verhältnis zwischen der vom Regler 8 bestimmten Q_F und der momentanen, dem Motor zugeführten Kraftstoffmenge Q_m vergrößert. Ist die dem Motor zugeführte Kraftstoffmenge geringer als die vom Regler bestimmte Kraftstoffmenge Q_F, so erfolgt eine Korrektur des Übersetzungsgrößensignals Ü_V in solcher Weise, daß das Übersetzungsverhältnis (Ü_V × K) erhöht wird. Das hat zur Folge, daß der Motor bei gleicher Geschwindigkeit mit höherer Drehzahl läuft, womit eine größere Kraftstoffmenge Q_m zugeführt werden kann und zum Erreichen der höheren Soll- Geschwindigkeit V_s eine höhere Leistung zur Verfügung steht. Dieser Vorgang entspricht einem Zurückschalten in einen niedrigen Gang bei Schaltgetrieben, wenn ein zügiges Beschleunigen gewünscht wird.

Das Ausgangssignal der ersten Korrekturstufe 43 ist einer zweiten Korrekturstufe 44 eingangsseitig angeschlossen, die bei Schubbetrieb des Fahrzeuges - z. B. bei Bergabfahrt - reagiert und das Hochschalten in eine niedrigere Übersetzung verhindert. Bevor das Übersetzungssignal zum Übersetzungssteller im Getriebe 3 gelangt, durchläuft es eine Begrenzerstufe 45 für das einzustellende Übersetzungsverhältnis Ü.

In einer modifizierten Ausführung der Steuerung gemäß Fig. 3 ist dem Regler 8 ein Bypass 10 parallel geschaltet, so daß sich ein Bypass-Regler ergibt. An dessen Eingang liegt das Signal S5 des Gaspedals 5 und das Signal V_i der momentanen Geschwindigkeit an. An einer Addiereinheit 11 werden die Ausgangssignale Q_F + Q_B vom Regler 8 und dem Bypass 10 summiert und über dessen Ausgang dem Motorsteuergerät 2 und der Getriebesteuerung 9 eingangsseitig als Signal für eine Soll-Kraftstoffmenge (Q_F + Q_B) zugeführt.

Bei diesem Aufbau wirkt der Bypass 10 als direkt und schnell reagierende Vorsteuerung sowohl für die Sollkraftstoffmenge Q_F + Q_B als auch mittelbar für die Korrekturstufe 43 der Getriebesteuerung 4 zum Einstellen einer höheren Übersetzung Ü bei geringerer, zugeführter Kraftstoffmenge Q_m gegenüber der Sollkraftstoffmenge Q_F + Q_B. Der Regler 8 bewirkt die Feinregelung für die gesamte Kraftstoffmenge in der Art einer Ergänzungsmenge zur vom Bypass 10 ausgegebenen Kraftstoffmenge Q_B.

Bezugszeichen und Definitionen

1

Verbrennungsmotor

2

Motorsteuergerät für

1

, steuert die Kraftstoffmenge Q_m

in Abhängigkeit von Betriebsparametern und Gaspedal

5

3

stufenloses Getriebe CVT

4

Getriebesteuerung für die Übersetzungseinstellung im CVT

5

Gaspedal-Geber für Fahrzustand

6

Einheit zum Bilden einer Soll-Geschwindigkeit V_s

7

Addiereinheit

8

Geschwindigkeitsregler

9

Differenziereinheit für die Änderung der Ist-Geschwindigkeit V_i

10

Bypass

11

Addiereinheit

31

Aufnehmer für V_i

41

Auswahleinrichtung

411

bis

414

Kennfelder für die Änderungsverläufe der Übersetzung

42

Vorgabeeinrichtung

43

Korrekturstufe

44

Korrekturstufe

45

Begrenzerstufe

Bei konstanter Geschwindigkeit bedeutet:
- höhere Übersetzung - höhere Motordrehzahl notwendig
- niedrigere Übersetzung - niedrigere Motordrehzahl notwendig

V_i Signal für Ist-Geschwindigkeit
a) vom Getriebeausgang oder
n_m × Ü b) äquivalent vom Getriebeeingang, multipliziert mit dem momentanen Übersetzungsverhältnis Ü des Getriebes 2
V_s Signal für Soll-Geschwindigkeit
Q_F
bzw. Q_F + Q_B Sollkraftstoffmenge
Q_B Kraftstoffmenge von 10
n_m Motordrehzahl (n/min)
n_ms Soll-Motordrehzahl
Ü_V Übersetzungsgrößensignal

Claims

1. Verfahren zum Steuern einer Kraftfahrzeug-Antriebseinheit mit einem Verbrennungsmotor und einem CVT-Getriebe, welches die Antriebsräder eines Fahrzeuges antreibt, wobei das CVT-Getriebe vom Verbrennungsmotor angetrieben ist, und der Verbrennungsmotor von einem Motorsteuergerät gesteuert wird mit folgenden Verfahrensschritten:

- dem elektronischen Motorsteuergerät wird das Gebersignal zum Einstellen des Fahrzustandes zugeführt,
- es wird im Motorsteuergerät aus dem Gebersignal zum Einstellen des Fahrzustandes die einzubringende, momentane Kraftstoffmenge gebildet, welche jedoch je nach Lastbereich auch begrenzt und damit geringer als die gemäß Gebersignal gewünschte Kraftstoffmenge sein kann,
- der Steuerung zur Variation des Verhältnisses der Getriebeübersetzung im CVT- Getriebe wird parallel das Gebersignal zum Einstellen des Fahrzustandes und ein Signal der Ist-Geschwindigkeit zugeführt,
- aus dem Gebersignal (S5) zum Einstellen des Fahrzustandes wird ein Soll- Geschwindigkeitssignal (V_s) gebildet,
- aus der Soll-Geschwindigkeit (V_s) und der Ist-Geschwindigkeit (V_i) wird eine Geschwindigkeitsdifferenz (V_s - V_i) gebildet,
- entsprechend der Geschwindigkeitsdifferenz (V_s - V_i) sowie der Änderungsgeschwindigkeit der Ist-Geschwindigkeit (ΔV_i/dt) wird ein Signal für eine Sollkraftstoffmenge (Q_F) gebildet, welches dem Motorsteuergerät (2) sowie der Getriebeeinheit (4) eingangsseitig zugeführt wird,
- das vom Motorsteuergerät (2) gebildete, abgegebene Signal für die momentane Kraftstoffmenge (Q_m) wird der Getriebesteuerung (4) zugeführt, wobei bei geringerer, momentaner Kraftstoffmenge (Q_m) als vom Signal für die Soll-Kraftstoffmenge (Q_F) bestimmt, eine höhere Übersetzung eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regler (8) ein Bypass (10) parallel geschaltet ist, der in Abhängigkeit des Signals (S5) des Gaspedals (5) und des Signals der momentanen Geschwindigkeit (V_i) eine Teilkraftstoffmenge (Q_B) bildet, wobei die Ausgangssignale (Q_F; Q_B) vom Regler (8) vom Bypass (10) summiert als Sollkraftstoffmenge (Q_F + Q_B) eingangsseitig dem Motorsteuergerät (2) und der Getriebesteuerung (4) zugeführt werden.

3. Einrichtung zum Steuern einer Kraftfahrzeug-Antriebseinheit mit einem Verbrennungsmotor und einem CVT-Getriebe, die folgenden Aufbau aufweist:
ein Verbrennungsmotor (1) mit einem elektronischen Motorsteuergerät (2) treibt über ein CVT-Getriebe (3) die Antriebsräder,
dem elektronischen Motorsteuergerät liegt das Gebersignal (Gaspedalstellung) zum Einstellen des Fahrzustandes an; es bildet aus dem Gebersignal die ein zubringende, momentane Kraftstoffmenge (Q_F), die jedoch je nach Lastbereich auch begrenzt und damit geringer als die gemäß Gebersignal gewünschte Kraftstoff menge sein kann,
der Steuerung zur Variation des Verhältnisses der Getriebeübersetzung (4) im CVT-Getriebe liegt parallel das Gebersignal (Gaspedalstellung) zum Einstellen des Fahrzustandes und ein Signal der Ist-Geschwindig keit an,
das Gebersignal (S5) zum Einstellen des Fahrzustandes ist einer Einheit (6) zum Bilden eines Soll-Geschwindigkeitssignals (V_s) angeschlossen,
einer Addiereinheit (7) liegen eingangsseitig das Soll-Geschwindigkeitssignal (V_s) und negiert das Ist-Geschwindigkeitssignal (V_i) an, wobei ausgangsseitig ein Signal der daraus erzeugten Geschwindigkeitsdifferenz (V_s - V_i) abnehmbar ist,
einem Geschwindigkeitsregler (8) liegen eingangsseitig jeweils das Signal der Geschwindigkeitsdifferenz (V_s - V_i) sowie der Änderungsgeschwindigkeit (ΔV_i/dt) an, der aus vorgenannten Signalen (V_s - V_i; ΔV_i/dt) ein Signal für eine Sollkraft stoffmenge (Q_F) bildet, welches am Ausgang abnehmbar und eingangsseitig dem Motorsteuergerät (2) sowie der Getriebesteuerung (4) angeschlossen ist,
das vom Motorsteuergerät (2) abgegebene Signal für die momentane Kraftstoff menge (Q_M) ist der Getriebesteuerung (4) angeschlossen,
bei geringerer, momentaner Kraftstoffmenge (Q_m) als vom Signal für die Soll- Kraftstoffmenge (Q_F) bestimmt, ist eine Korrekturstufe (43) zum Einstellen einer höheren Übersetzung wirksam geschaltet.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regler (8) ein Bypass (10) parallel geschaltet ist, dem eingangsseitig das Signal (S5) des Gaspedals (5) und das Signal der momentanen Geschwin digkeit (V_i) anliegt, und der in Abhängigkeit seiner Eingangssignale (S5; V_i) eine Teilkraftstoffmenge (Q_B) bildet, wobei die Ausgangssignale (Q_F; Q_B) vom Regler (8) und dem Bypaßss (10) summiert als Soll-Kraftstoffmenge (Q_F + Q_B) eingangsseitig jeweils dem Motorsteuergerät (2) und der Getriebesteuerung (4) als Sollkraftstoffmenge (Q_F + Q_B) angeschlossen ist.