DE69126263T2

DE69126263T2 - Antriebseinheit

Info

Publication number: DE69126263T2
Application number: DE69126263T
Authority: DE
Inventors: Peter Cleve Mason
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 1990-09-05
Filing date: 1991-08-21
Publication date: 1998-01-29
Anticipated expiration: 2011-08-22
Also published as: EP0474401A3; GB9019400D0; ES2104671T3; DE69126263D1; US5201889A; EP0474401A2; EP0474401B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugantriebseinheit, die einen Verbrennungsmotor und ein mit dem Motor gekoppeltes Getriebe umfaßt, das im Gebrauch mit den Antriebsrädem des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist, wobei der Motor ein elektronisches Kraftstoffregelsystem umfaßt, das in der Lage ist, die Kraftstoffzufuhr zum Motor in Abhängigkeit des durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs eingestellten Leistungsbedarfssignals zu regeln.
Derartige Antriebseinheiten sind bekannt, in denen das Regelsystem die Kraftstoffmenge bestimmt, die dem Motor in Übereinstimmung mit dem Bedarfssignal zugeführt wird, wobei das Regelsystem insbesondere im Falle eines Dieselmotors dazu dient, die maximale Motordrehzahl zu begrenzen und ferner eine Grenze für die Kraftstoffzufuhrrate zum Motor zu setzen, hauptsächlich um sicherzustellen, daß im Motorabgas nicht mehr als das vorgegebene Rußniveau vorhanden ist. Die Wahl des Getriebeübersetzungsverhältnisses kann durch ein elektrisches Übersetzungsverhältnis-Regelnetz beeinflußt sein, das im allgemeinen auf die Fahrzeuggeschwindigkeit reagieren wird, das jedoch auch auf die Leistungsanforderung des Fahrers reagiert. Normalerweise wird das Regelnetz des Getriebes danach streben, sicherzustellen, daß der höchstmögliche Getriebegang gewählt wird, d. h. der Gang, der für eine gegebene Fahrgeschwindigkeit die niedrigste Motordrehzahl ergibt. In einigen Fällen ist eine Rückkopplung zu dem Motorregelsystem vorgesehen, um eine vorübergehende Anpassung der Kraftstoffzufuhr zum Motor zu beeinflussen, um die Wechsel des Getriebeganges zu glätten, insbesondere dort, wo das Getriebe ein Stufengetriebe ist.
Die GB-A-1466867 offenbart ein Kraftfahrzeugregelsystem, das eine Antriebseinheit der vorbeschriebenen Art aufweist, deren Motor bei so geringer Drehzahl wie möglich arbeitet, um Geräusche und Motorverschleiß zu verringern und den Kraftstoffverbrauch zu minimieren.
Das Erfordernis, die Abgasemissionsgesetze einzuhalten, die in verschiedenen Ländern der Welt in Kraft sind, hat zu Untersuchungen des Niveaus verschiedener Bestandteile im Abgas eines Motors bei verschiedenen Motordrehzahlen und -belastungen geführt, wobei es anhand der ermittelten Daten möglich wurde, dreidimensionale Diagramme (maps) für den jeweiligen Motortyp zu konstruieren, anhand derer es in einer praktischen Situation möglich ist, bei Kenntnis der aktuellen Motordrehzahl und -belastung beispielsweise das Kohlenwasserstoffniveau im Motorabgas zu bestimmen. Untersuchungen einiger Daten, die als Ergebnis eines Tests eines Dieselmotortyps ermittelt wurden, zeigen, daß das Kohlenwasserstoffniveau, d. h. unverbrannter Kraftstoff im Motorabgas zunimmt, wenn die Motordrehzahl zunimmt, und insbesondere, wenn die Belastung des Motors verringert wird. Die Daten lassen auch erkennen, daß das NOx- Niveau bei zunehmender Belastung des Motors zunimmt, jedoch dazu neigt, zu fallen, wenn die Motordrehzahl zunimmt. Das den Ruß betreffende dreidimensionale Diagramm weist ein komplexeres Profil auf, wobei der Rußpegel im allgemeinen zunimmt, wenn die untere und obere Grenze des Motordrehzahlbereichs erreicht werden, und ferner zur Zunahme tendiert, wenn die Belastung des Motors zunimmt.
Die WO-A-89/01421 offenbart eine Kraftfahrzeugantriebseinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die mit einem Mehrganggetriebe gekoppelt ist. Die Funktion des Getriebes wird durch ein Regelsystem bestimmt, das auch in Reaktion auf die Stellung des Gaspedals die Kraftstoffzufuhr zum Motor bestimmt. Das Regelsystem umfaßt einen Speicher, in dem Informationen betreffend den spezifischen Kraftstoffverbrauch und andere Kriterien, wie etwa Abgaseigenschaften, in Kartenform gespeichert sind. Die Karten sind in Matrizenart unterteilt, wobei den individuellen Zonen Gewichtungswerte zugeordnet sind. Beim Betrieb der Antriebseinheit können die Gewichtungswerte in Abhängigkeit verschiedener Faktoren angepaßt werden, wie etwa der Beschleunigung.
Beim Gebrauch eines Kraftfahrzeugs setzt der das Gaspedal betätigende Fahrer einen Leistungsbedarf, wobei die Leistung durch das Motordrehmoment multipliziert mit der Motordrehzahl repräsentiert wird. Innerhalb des zulässigen Drehzahlbereichs kann der Motor somit z. B. bei geringer Umdrehung arbeiten und ein hohes Moment entwickeln, oder bei einer höheren Drehzahl und einem geringeren Moment in Abhängigkeit vom gewählten Getriebegang arbeiten. In der Vergangenheit bestand, wie gesagt, die Tendenz, den Getriebegang auszuwählen, der die geringste Motordrehzahl ergibt. Dies kann jedoch dazu führen, daß der Rußpegel im Motorabgas zu hoch ist.
Das Ziel der Erfindung wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 erreicht.
Ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit wird nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Figur 1 eine Blockdarstellung ist, welche die Antriebseinheit und das zugehörige Regelsystem zeigt,
Figur 2 ein Diagramm ist, das ein Leistungsbetriebsniveau des Fahrzeugs veranschaulicht,
Figuren 3,4,5 und 6 dreidimensionale Diagramme bezüglich eines bestimmten Motors zeigen, wobei die in den Diagrammen enthaltenen Daten durch Testen eines Motors bestimmt wurden, und
Figur 7 ein Ablaufdiagramm zeigt.
Unter Bezug auf Fig. 1 der Zeichnungen ist bei 10 ein Dieselmotor dargestellt, dem Kraftstoff durch ein Kraftstoffsystem 11 zugeführt wird, das durch ein mit 12 bezeichnetes elektronisches Kraftstoffregelsystem geregelt wird. Der Motor ist mit einem Mehrganggetriebe 13 gekoppelt, dessen Abgangswelle 14 mit der üblichen Kraftübertragungseinrichtung des Fahrzeugs gekoppelt ist. Die Wahl eines Getriebegangs wird durch einen elektronisch gesteuerten Wahlmechanismus 15 bewirkt, der durch ein elektronisches Gangregelsystem 15A gesteuert wird.
Das Kraftstoffregelsystem 12 wird mittels eines Meßwandlers 16 mit einem Motordrehzahlsignal versorgt. Das Kraftstoffregelsystem 12 empfängt außerdem ein Anforderungssignal des Fahrers, das durch einen Meßwandler 18 erzeugt wird, der auf die Stellung des Gaspedals des Fahrzeugs reagiert.
Im Betrieb dient das Kraftstoffregelsystem 12 dazu, die Kraftstoffmenge zu bestimmen, welche dem Motor 10 durch das Kraftstoffsystem 11 in Reaktion auf das dem Regelsystem durch den Meßwandler 18 zugeführte Leistungsbedarfssignal zugeführt wird. Das Regelsystem dient dazu, sicherzustellen, daß die maximal zulässige Motordrehzahl nicht überschritten wird, und ferner dazu, die Leerlaufdrehzahl des Motors zu regeln. Zusätzlich dient das Regelsystem 12 dazu, sicherzustellen, daß das vom Motor gelieferte maximale Drehmoment nicht die Empfehlung des Herstellers überschreitet, und ferner dazu, daß die Schadstoffpegel im Motorabgas nicht die durch die Abgasemissionsvorschriften zugelassenen Pegel überschreiten.
Der gewählte Gang des Getriebes 13 wird bei einer gegebenen Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs gewiß die tatsächliche Motordrehzahl bestimmen, wobei für eine gegebene Fahrzeuggeschwindigkeit beispielsweise drei wählbare Übersetzungsverhältnisse gegeben sein können, von denen jedes einen Motorbetrieb innerhalb seines zulässigen Drehzahlbereichs ergeben wird. In der Vergangenheit hätte das Regelsystem 15A des Getriebes das Übersetzungsverhältnis gewählt, welches die niedrigste Motordrehzahl liefert.
Figur 2 stellt eine ausgewählte Motorleistungskurve dar, wobei die gepunkteten vertikalen Linien 20, 21 die maximal zulässige Motordrehlzahl bzw. Motorleerlaufdrehzahl angeben. Auf der Leistungskurve sind drei Punkte 22, 23 und 24 eingezeichnet, die bei einer gegebenen Kraftfahrzeugfahrgeschwindigkeit der Motordrehzahl entsprechen, wobei der fünfte, vierte und dritte Gang des Getriebes ausgewählt ist. Das Regelsystem 15A hat zu entscheiden, welcher der drei Gänge zu wählen ist.
Verbunden mit dem Gang-Regelsystem 15A ist eine Reihe dreidimensionaler Diagramme (Karten), die gemeinsam mit 19 bezeichnet sind. Die Karten enthalten voraufgezeichnete Daten, die durch Betrieb des Motors in einer Testzelle bei unterschiedlichen Drehzahlen und Belastungen ermittelt wurden. Die während des Motortests ermittelten Daten sind vor der Aufzeichnung in den Karten hinsichtlich der Umgebungstemperatur, des Umgebungsdrucks und der Feuchtigkeit korrigiert worden. Eine Karte enthält Daten, die den Kraftstoffverbrauch des Motors anzeigen, während die übrigen Karten Daten enthalten, die Bestandteile des Motorabgases anzeigen, d. h. Ruß, Kohlenwasserstoffe, NOx bzw. Abgaspartikel.
Auch empfängt das Gang-Regelsystem 15A ein von einem mit der Abgangswelle des Getriebes verbundenen Meßwandler 17 ermitteltes Fahrgeschwindigkeitssignal und ein Motordrehzahlsignal, das als aktuelles Kraftstoffpegelsignal vom Kraftstoffregelsystem 12 oder von einem Drehmomentmeßsensor 18A erlangt werden kann, der am Motor montiert ist.
Indem das Gang-Regelsystem 15A die Bewertung zum Zwecke der Gangwahl durchführt, bestimmt sie zuerst beim vorherrschenden Arbeitspunkt des Motors und des Getriebes die zu entwickelnde Motorleistung. Dies wird erreicht durch Multiplikation des Motordrehzahl- und Motordrehmomentwertes. Auch werden die Motordrehzahlen bei unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen berechnet, die erforderlich wären, um die gegenwärtige Fahrzeuggeschwindigkeit zu erreichen. Diese Berechnung wird in Kenntnis der tatsächlichen Übersetzungsverhältnisse und der Drehzahl der Abgangswelle des Getriebes erreicht, wobei ein entsprechender Satz von Motor-Arbeitspunkten auf der zuvor berechneten Motor-Leistungskurve bestimmt werden kann. Falls einer der Arbeitspunkte außerhalb des zulässigen Motorarbeitsbereichs liegt, wird er verworfen. Zum Beispiel kann die Motordrehzahl die zulässige Maximaldrehzahl überschreiten oder unterhalb der zulässigen Minimaldrehzahl liegen oder die Belastung des Motors übermäßig sein.
Im Falle zulässiger Arbeitspunkte werden die vorerwähnten dreidimensionalen Diagramme (Karten) 19 auf Basis eines im Einzelfall zulässigen Arbeitspunktes abgefragt, wobei die aus den dreidimensionalen Diagrammen ermittelten Werte des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasemissionen in Übereinstimmung mit der vorherrschenden Temperatur, dem Druck und der Feuchtigkeit eingestellt werden, deren Werte durch die Meßwandler 25, 26, 27 bereitgestellt werden. Wenn die eingestellten Werte des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasemissionen durch jeweilige Gewichtungsfaktoren weiter modifiziert sind, werden sie bei jedem Arbeitspunkt addiert, um die sogenannte "Kostenzahl" zu erzeugen, deren Kehrwert die "Gütezahl" ist. Es sei erwähnt, daß die "Kostenzahl" tatsächlich eine einheitslose Zahl ist, obwohl sie einen Faktor beinhaltet, nämlich den Kraftstoffverbrauch, der als Geldfaktor ausgedrückt werden kann. Die Güte- oder Kostenzahlen für jeden der zulässigen Arbeitspunkte werden verglichen, wobei der Getriebegang, der mit der geringeren oder geringsten Kostenzahl verbunden ist, angezeigt wird.
Der angezeigte Gang kann der Gang sein, der in Gebrauch ist, in welchem Fall kein Gangwechsel erfolgt. Falls jedoch ein anderer Gang angezeigt wird, wird ein Signal geliefert, um den Wechsel des Gangs und ebenfalls einen Wechsel in der Motordrehzahl mittels des Kraftstoffregelsystems zu bewirken.
Zur Veranschaulichung und unter Bezug auf Fig. 2 wird der Kraftstoffverbrauch im Punkt 24 geringer sein als im Punkt 23, wobei dieser wiederum geringer sein wird als der im Punkt 22. Fig. 4 zeigt jedoch, daß das NOx-Niveau im Punkt 22 hoch sein wird, wobei die Punkte 23 und 24 geringere Werte aufweisen. Eine Prüfung der Fig. 5 zeigt außerdem, daß im Punkt 22 ein höheres Rußniveau als bei den anderen zwei Punkten vorhanden sein wird, während Fig. 6 zeigt, daß das Kohlenwasserstoffniveau im Punkt 22 am geringsten und im Punkt 24 am größten sein wird. Soweit die Abgasemissionen betrachtet werden, erschiene es daher wünschenswert, den vierten Gang des Getriebes zu wählen, um dem Motor zu ermöglichen, im Punkt 23 zu arbeiten. In diesem Punkt wird der Kraftstoffverbrauch höher sein als im Punkt 24, wobei es Entscheidungssache ist, welcher Punkt Priorität haben soll, was unter Verwendung der Gewichtungsfaktoren entschieden wird.
Bei einem Fünfganggetriebe wäre es für den Fahrer des Fahrzeugs normal, in der Lage zu sein, den niedrigsten, d. h. den ersten Gang zu wählen, wobei bei diesem gewählten Getriebe- Übersetzungsverhältnis das Gang-Regelsystem 15A nicht funktionsfähig wäre. Außerdem wird es erforderlich sein, eine Hysterese in das System einzufügen&sub1; um sicherzustellen, daß kleine Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Motorbelastung ignoriert werden.
Fig. 7 zeigt ein Ablaufdiagramm für eine Reihe von Berechnungen, die notwendig sind, um zu bestimmen, welcher Gang in dem Stufengetriebe gewählt wird.
Im Falle der Anwendung der Erfindung bei einem stufenlosen variablen Getriebe muß die Motordrehzahl, wenn der Gangwechsel erfolgt, eingestellt werden, um sicherzustellen, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit konstant bleibt. Die Motorleistung kann wie beschrieben berechnet werden, wobei eine erzwungene Optimierungstechnik verwendet wird, um den optimalen Arbeitspunkt entlang einer Linie konstanter Leistung über die zulässige Motordrehzahl-/Belastungs-Arbeitshüllkurve entsprechend der berechneten Leistung zu bestimmen. Beim Bestimmen des optimalen Arbeitspunktes werden die berichtigten Werte des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasemissionen erneut in Verbindung mit den Gewichtungsfaktoren verwendet, um die Kosten- oder Gütezahl zu bestimmen. Sobald der optimale Arbeitspunkt bestimmt wurde, wird an das Getriebe-Regelsystem ein Signal geliefert, um dieses Übersetzungsverhältnis zu erzielen, wobei zur gleichen Zeit ein Signal an das Kraftstoffregelsystem geleitet wird, um die Motordrehzahl anzupassen.

Claims

1. Kraftfahrzeugantriebseinheit, umfassend einen Verbrennungsmotor (10) und ein mit dem Motor gekoppeltes Getriebe (13), wobei das Getriebe (13) im Betrieb mit den Antriebsrädem des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist, ein Kraftstoffregelsystem (12), das in der Lage ist, die Kraftstoffzufuhr zum Motor (10) in Abhängigkeit des durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs eingestellten Leistungsbedarfssignals zu regeln, eine Vielzahl von Karten (19), die voraufgezeichnete Daten bezüglich der Motorabgasbestandteile und des Motorkraftstoffverbrauchs bei verschiedenen Motordrehzahlen und Belastungen innerhalb des Motordrehzahlbereichs enthalten, gekennzeichnet durch

ein Mittel (15A), das aus besagten Karten (19) einen Satz von Momentanwerten des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasbestandteile bei der vorherrschenden Motordrehzahl und dem Motordrehmoment bestimmt, zum Erzeugen eines weiteren oder weiterer Sätze von Werten für die gleiche Fahrzeugsgeschwindigkeit beim Betrieb des Motors (10) bei unterschiedlicher Drehzahl oder Drehzahlen entsprechend einem unterschiedlichen Getriebeverhältnis oder -verhältnissen,

ein Mittel, das die Werte des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasbestandteile unter Verwendung eines Satzes gespeicherter Gewichtungsfaktoren modifiziert, wobei die Werte besagter gespeicherter Gewichtungsfaktoren in Übereinstimmung mit der Bezugspriorität des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasbestandteile ausgewählt werden,

ein Mittel (15A), das aus den modifizierten Werten bei der vorherrschenden Motordrehzahl und besagter unterschiedlicher Drehzahl oder Drehzahlen Gütezahlen berechnet, und

ein Mittel, das besagte Gütezahlen vergleicht und angibt, welches Getriebeverhältnis die höhere oder höchste Gütezahl liefert oder liefern würde.

2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Mittel, das die Daten in den Karten (19) in Übereinstimmung mit vorherrschenden äußeren Motorbetriebsbedingungen modifiziert.

3. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (13) ein Stufengetriebe ist.

4. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (13) ein variables, stufenloses Getriebe ist.