DE69915129T2

DE69915129T2 - Verfahren und vorrichtung zum regeln einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69915129T2
Application number: DE69915129T
Authority: DE
Inventors: Göran Söderman
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 1998-12-16
Filing date: 1999-12-13
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2019-12-14
Also published as: WO2000035702A1; SE511660C2; EP1150856B1; US6558292B1; EP1150856A1; DE69915129D1; SE9804342L; SE9804342D0

Description

TECHNOLOGISCHES UMFELD
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 6.
STAND DER TECHNIK
Beim Fahren eines Schwerfahrzeugs wie eines Lastwagens oder Omnibusses, der mit einem mechanischen Getriebe und einer mechanischen Kupplung, beispielsweise Scheibenkupplung, ausgestattet ist, ist das Herunterschalten auf niedrigere Gänge besonders problematisch. Niederdrücken des Kupplungspedals zur Zeit des Gangwechsels bei freigegebenem Gaspedal hat zur Folge, dass die Motordrehzahl rasch abfällt, besonders wegen innerer Reibung des Motors. Eine große Anzahl aufeinanderfolgender Gangwechsel vermindert die Motordrehzahl weiter auf Leerlaufdrehzahl.
Infolgedessen muss der Motor nach dem Gangwechsel wieder beschleunigt werden, was typischerweise dadurch erreicht wird, dass der Fahrer das Kupplungspedal sich aufwärts bewegen lässt, so dass der Motor dadurch beschleunigt wird, dass er mit dem Antriebsstrang verbunden wird. Die Anpassung der Motordrehzahl wird somit über eine schleifende Verbindung mit dem Getriebe, dem Ausgangszahnrad und den angetriebenen Rädern bewirkt.
Ein Nachteil des Standes der Technik ist, dass die an einer solchen Anpassung manchmal beteiligten großen Drehzahlunterschiede und Massen auch bei normalem Gangwechsel während normalen Fahrens erheblichen Verschleiß hervorrufen, welcher der beschriebenen Verminderung der Motordrehzahl beim Einleiten des Gangwechsels geschuldet ist. Zusätzlich werden alle anderen Teile des Antriebsstranges belastet und Schwingungen im Antriebsstrang angeregt. Diese führen zu vermindertem Komfort in Folge störenden Geräusches und Körperschalls im Fahrzeug, was besonders lästig ist, wenn das Fahrzeug ein Omnibus ist.
WO 91/02662 beschreibt in Übereinstimmung mit den Maßnahmen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bzw. 6 einen Apparat zum Verbessern der Qualität des Gangwechsels in einem Getriebe. Wenn die Kupplung die Übertragung zwischen dem Motor und dem Gebtriebe unterbricht, wird der Motor so gesteuert, dass er sich mit einer Drehzahl dreht, die immer höher ist als die Drehzahl der Eingangswelle des Getriebes. Auf diese Weise bremst die Kupplung den Motor immer, wenn die Kupplung den Motor wieder mit dem Getriebe verbindet. Diese Lösung führt jedoch dazu, dass der Motor auf eine Drehzahl geregelt wird, die immer höher ist als nötig. Diese Lösung nimmt keinerlei Rücksicht darauf, welcher Gang der nächste ist.
ZIELE DER ERFINDUNG
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Probleme des Standes der Technik zu beseitigen. Dies wird bei einem Verfahren und einer Anordnung der eingangs genannten Art mittels der im kennzeichnenden Teil des Patentsanspruchs 6 bzw. 1 angegebenen Merkmale erreicht.
Somit werden einfache Mittel benutzt, um beim Ausrücken der Kupplung einen unerwünschten Abfall der Motordrehzahl zu verhindern und dadurch eine erhebliche Verminderung der Belastung und des Verschleißes der Kupplung und der entsprechenden Belastung anderer Bauteile des Antriebsstranges zu ermöglichen. Unter den weiteren erwähnenswerten Vorteilen sind vereinfachtes Fahren des erfindungsgemäß ausgerüsteten Fahrzeugs und erhöhter Komfort, der bei Bussen besonders vorteilhaft aber auch bei anderen Schwerfahrzeugen erheblich ist. Das Fahrzeug zusätzlich mit einer hydrodynamischen Zusatzbremse, einem sogenannten Retarder auszustatten, der mit dem Getriebe verbunden ist, führt zu weiteren Vorteilen darin, dass die mit der Motorkühlung verbundene Kühlung des Retarders mittels einer Anordnung gemäß der Erfindung auf einem höherem Niveau gehalten wird als es sonst, bei einer Verminderung der Motordrehzahl, der Fall wäre. Ein System gemäß der Erfindung verhindert somit die Gefahr, dass im Retarder Kühlmittel kocht, und macht es möglich, die Kühlanordnung so zu bemessen, dass diese nicht mit der exzessiven und fast nur momentanen zusätzlichen Hitze betrieben zu werden braucht, die andernfalls bei Vollendung eines Gangwechselvorgangs auftritt. Es sollte hier erwähnt werden, dass es bei normalem Fahren im Prinzip niemals, jedenfalls aber höchst selten wünschenswert ist, dass die Motordrehzahl bis zur Leerlaufdrehzahl abfällt.
Bezüglich der Anzeige, dass die Kupplung ausgerückt ist, mag erwähnt werden, dass Sensoren zum Abgeben solcher Signale schon bekannt, überlicherweise aber so gestaltet sind, dass sie z. B. mit einem Fahrgeschwindigkeit-Konstanthalter zusammenwirken und/oder ein Umschalten in einem gegebenenfalls eingebauten geteilten Getriebe ermöglichen. Solche konventionellen Sensoren können nichtsdestoweniger in der Endung benutzt werden.
Die Erfindung ist sowohl bei rein mechanischen Getrieben mit mechanischem Gestänge wie auch in servogestützten Getrieben anwendbar. Zu solchen Getrieben gehören ein Hauptgetriebe und auch, sofern anwendbar, ein geteiltes und/oder ein Bereichsgetriebe oder dergleichen.
Steuersysteme für die Motordrehzahl sind schon bekannt und werden hier nicht beschrieben.
Kürzlich sind fortschrittliche Steuersysteme entwickelt worden, welche die Motordrehzahl an die Eingangsdrehzahl einer Getriebeeinheit auf der Grundlage einer Anzahl Sensoren anpassen, die an verschiedenen Stellen des Antriebsstranges angeordnet sind; diese Systeme werden jedoch in der Weise angewandt, dass die Kupplung bei normalem Fahren nicht benutzt wird und die Anpassung der Drehzahl so gestaltet ist, dass sie derart genau ist, dass ein Gangwechsel direkt eingeleitet werden kann, ohne dass die Kupplung betätigt wird. Solche ausgeklügelten Steuerungen sind jedoch relativ teuer, da sie eine komplexere Struktur hinsichtlich der beteiligten Bauteile und der Softwareprogrammierung der Steuerung erfordern. Bei dem System gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Anpassung oder Aufrechterhaltung der Motordrehzahl vom Fahrer dadurch eingeleitet, dass er eine gänzlich manuell oder servogesützte Kupplung betätigt; die Kupplung wird jedoch im übrigen in herkömmlicher Weise benutzt. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung ist somit, dass sie den Geschwindigkeitsabfall vermeidet, der bei konventionellen Systemen stattfindet, und dass sie auch die mit diesen verbundenen Probleme vermeidet. Die Erfindung lässt sich somit zu relativ niedrigen Kosten und in einfacher Weise benutzen, ohne dass die Steuerung komplex wird.
Zu den Fahrbetriebsdaten, die möglicherweise einer Beobachtung und Aufzeichnung bedürfen, gehören Beschleunigung, Fahrzeuggeschwindigkeit, Motordrehzahl, Leistungsentwicklung und Drehmomententnahme. Je nach Anwendungsfall kann das System so gestaltet werden, dass es einige oder all diese Fahrparameter beachtet, um dann, wenn der Fahrer die Kupplung ausrückt, eine Grundlage dafür zu schaffen, eine Motordrehzahl zu schätzen, die mindestens in der Nähe der tatsächlichen Motordrehzahl nach stattgefundenem Gangwechsel ist.
Weitere Vorteile werden mit den Merkmalen in den anderen Patentansprüchen erzielt und werden im Folgenden beschrieben.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nun in weiteren Einzelheiten auf der Grundlage einer Ausführungsform und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen
1 schematisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß der Erfindung darstellt,
2 schematisch die Steuerung einschließlich eines Systems gemäß der Endung in einem Antriebsstrang eines Schwerfahrzeugs darstellt,
3 schematisch die Veränderungen der Motordrehzahl während einer herkömmlichen Gangwechselsequenz darstellt, und
4 schematisch den Verlauf der Motordrehzahl während einer Gangwechselsequenz bei Anwendung eines Systems gemäß der Endung darstellt.
BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM
Diese Beschreibung gibt ein Beispiel der Benutzung der Erfindung in einem Fahrzeug, beispielsweise einem Schwer-LKW oder einem Omnibus, in dem ein Verbrennungsmotor als Antriebsmaschine für das Fahrzeug benutzt wird, und der Antriebsstrang des Fahrzeugs eine Kupplung zwischen dem Motor und dem Getriebe enthält. Der Motor kann beispielsweise ein Dieselmotor sein.
1 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß der Erfindung, wobei das Bezugszeichen 1 den Beginn der Sequenz bezeichnet. Bezugszeichen 2 stellt die Beobachtung von Fahrparametern wie Beschleunigung, Fahrzeuggeschwindigkeit, Motordrehzahl, Leistungsentwicklung und Drehmomententnahme dar, und das Bezugszeichen 3 das Aufzeichnen relevanter Fahrparameterdaten, z. B. Fahrtdaten während der unmittelbar zurückliegenden Minuten, die ständig in einem zum System gehörigen Speicher aktualisiert werden. Das Bezugszeichen 4 stellt die Feststellung einer Unterbrechung im Antriebsstrang dar, z. B. in Form des Ausrückens einer Scheibenkupplung, und das Generieren und Aussenden eines dies anzeigenden ersten Signals. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet das Berechnen einer gewünschten Motordrehzahl auf der Grundlage relevanter Fahrdaten, wobei es möglich wird, einen erwarteten Wechsel in der Fahrkonfiguration abzuschätzen, z. B. ein erwartetes Heraufschalten, ein erwartetes Herunterschalten usw. auf der Grundlage von Daten über beispielsweise Drehmomententnahme, Beschleunigung, Fahrzeuggeschwindigkeit, Motordrehzahl und/oder Leistungsentwicklung. Ebenfalls generiert und ausgesandt wird ein Kontrollsignal, das die genannte gewünschte Motordrehzahl beschreibt und auf ein System zum Steuern des Motors übertragen wird. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet die Einwirkung der Motorsteuerung auf den Motor, um die gewünschte Motordrehzahl zu erreichen, beispielsweise in Form des Freisetzens von Leistung, um die gewünschte Motordrehzahl zu erreichen. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet das Feststellen eines erneuten Verbindens des Antriebsstrangs, und das Bezugszeichen 8 bezeichnet das Ende der Sequenz.
2 stellt schematisch die Steuerung 9 dar, die vorzugsweise ein System gemäß der Erfindung umfasst, welches in die normale Motorsteuerung integriert oder mit ihr verbunden ist. Das Bezugszeichen 16 bezeichnet einen Speicher zum Aufzeichnen von Fahrparametern, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung relevant sind. Im Antriebsstrang ist der Motor mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet, die Kupplung mit 11 und das Getriebe, das in diesem Fall drei Teile aufweist, mit 12, 13 und 14, während ein Drehzahlsensor für die Abtriebsdrehzahl mit 15 bezeichnet ist. Das Bezugszeichen 16 bezeichnet das Ausgangszahnrad. Das Diagramm zeigt, dass die Steuerung mit dem Motor, der Kupplung, dem Sensor 15 für die Abtriebswelle und dem Speicher 16 kommuniziert.
3 stellt in Form eines Diagramms die Motordrehzahl ω als Funktion der Zeit t bei einem üblichen Gangwechselvorgang dar, in dem ω₁ die Motordrehzahl vor dem Gangwechsel, und ω₂ die Motordrehzahl nach dem Gangwechsel darstellt. Zur Zeit t wird eine Gangwechselsequenz dadurch initiiert, dass der Fahrer ein Kupplungspedal niederdrückt. Gleichzeitig gibt der Fahrer das Gaspedal frei, so dass im kurvenförmigen Abschnitt 17 die Motordrehzahl schnell um Δ₁ ω auf einen Mindestgeschwindigkeitswert ω_min zur Zeit t_min abnimmt. Zu dieser Zeit wechselt der Fahrer den Gang oder die Gänge im Getriebe und beginnt, das Kupplungspedal freizugeben, was bedeutet, dass eine Drehzahlanpassung zwischen ω_min und ω₂ stattfinden muss, d. h. längs der Kurve 18 und ansteigend auf Δ₂ ω im Diagramm bis zum Ablauf der Zeit t_a.
4 zeigt eine entsprechende Gangwechselsequenz in einem System, das die vorliegende Erfindung anwendet. In gleicher Weise wie in 3 wird die Motordrehzahl von ω₁ auf ω₂ erhöht, aber in diesem Fall sagt die Steuerung wegen des Systems gemäß der Erfindung aus den relevanten Fahrdaten eine Drehzahlerhöhung des Motors nach dem Gangwechsel voraus, so dass im (mit einer durchgehenden Linie bei 19 dargestellten) Idealfall die bei Vollendung des Gangwechsels herrschende Dreh zahl genau die erforderliche ist. Gewöhnlich besteht jedoch eine bestimmte Abweichung zwischen der von der Steuerung gewünschten Motordrehzahl und ω₂, wie mit gestrichelten Linien bei 19' in 4 dargestellt, was bei Vollendung des Gangwechsels zur Zeit t_a zu einer bestimmten Motordrehzahldifferenz Δ₃ ω führt.
Dies bedeutet, dass eine Anpassung von der Größe Δ₃ ω zwischen der Motordrehzahl und dem Rest des Antriebsstranges erforderlich ist, und dies wird üblicherweise dadurch erreicht, dass der Fahrer das Kupplungspedal freigibt.
Es sollte festgehalten werden, dass die Erfindung sowohl auf das Heraufschalten wie auf das Herunterschalten anwendbar ist und allen Arten von Gangwechselvorgängen nützlich ist. 4 zeigt somit zwei Beispiele einer Drehzahlerhöhung mittels der Steuerung, und dies wird beim Herunterschalten bevorzugt; ein Beibehalten der Drehzahl bei Feststellung einer Unterbrechung im Antriebsstrang ist jedoch auch vorteilhaft, wie 3 zeigt, und in solchen Fällen muss von der Kupplung nur eine Drehzahlanpassung bewirkt werden, die dem Unterschied zwischen ω₂ und ω₁ entspricht.
Damit die Motordrehzahl z. B. bei Gelegenheit einer kürzeren oder längeren Fahrtunterbrechung vermindert werden kann, ist das System, welches das Verfahren gemäß der Erfindung anwendet, vorzugsweise so gestaltet, dass es feststellt, wenn kein normaler Gangwechselvorgang stattfindet, und somit die Motordrehzahl abfallen lässt, beispielsweise auf Leerlaufdrehzahl. Dies lässt sich mittels einer Zeitschaltung erreichen, welche das System abschaltet und sicherstellt, dass die Motordrehzahl nach einer bestimmten Zeitspanne vermindert wird.
Die Endung kann in anderen Ausführungsformen von dem, was im Vorstehenden Beispiel angegeben ist, ganz oder teilweise abweichen. Obwohl die Erfindung die größten Vorteile aufweist, wenn sie in Schwerfahrzeugen angewandt wird, ist dies doch nicht notwendigerweise der einzige Anwendungsbereich. So kann die Erfindung auch bei anderen Fahrzeugtypen angewandt werden, z. B. bei gewöhnlichen Pkw's, und der Motor kann von anderem Typ sein, beispielsweise ein Ottomotor. Der Schutzumfang der Erfindung wird durch die Ansprüche bestimmt.

Claims

Anordnung zum Steuern der Motordrehzahl eines Verbrennungsmotors (10) in einem Fahrzeug mit einem mechanischen Getriebe (12, 13, 14) und mit einer Gangwechseleinrichtung, einer manuell zu betätigenden Kupplung (11) im Antriebsstrang zwischen dem Motor und dem Getriebe, einer Steuerung (9), die von mit ihr verbundenen Sensoren (5) festgestellte Fahrparameterdaten erhält und Steuersignale an ein System zum Steuern des Motors (10) abgibt, einer Einrichtung, mit der sich eine Unterbrechung im Antriebsstrang bei ausgerückter Kupplung entdecken und ein erstes diesbezügliches Signal für die Steuerung (9) erzeugen lässt, dadurch gekennzeichnet, – dass die Steuerung (9) dazu eingerichtet ist, die genannten Fahrparameter für den Betrieb nicht nur zu beobachten sondern sie auch zu speichern und ständig zu aktualisieren, – dass die Steuerung (9) dazu eingerichtet ist, in einer durch das erste Signal ausgelösten Weise auf Grundlage der genannten ständig aktualisierten Fahrparameterdaten eine gewünschte Motordrehzahl (ω2) zu bestimmen, die nach Vollendung des Gangwechsels herrschen soll, und – dass die Steuerung (9) dazu eingerichtet ist, ein Steuersignal zu erzeugen, das dazu bestimmt ist, auf die Motorsteuerung so einzuwirken, dass die Motordrehzahl während eines Gangwechselvorgangs zur gewünschten Motordrehzahl (ω2) hin geführt wird.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Fahrparameterdaten aus der Gruppe stammen, welche aus der Beschleunigung, Fahrzeuggeschwindigkeit, Motordrehzahl, Leistungsentwicklung und Drehmomentabgabe besteht.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gangwechsel ein Herunterschalten ist, und dass vorgesehen ist, die Motordrehzahl zu erhöhen.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gangwechsel ein Heraufschalten ist, und dass vorgesehen ist, die Motordrehzahl gesteuert zu vermindern.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gangwechsel ein Herunterschalten ist, und dass vorgesehen ist, die Motordrehzahl im Wesentlichen konstant zu halten.
Verfahren zum Steuern der Motordrehzahl eines Verbrennungsmotors (10) in einem Fahrzeug mit einem mechanischen Getriebe (12, 13, 14), einer Einrichtung, die einen Gangwechsel im Getriebe ermöglicht, einer manuell betätigbaren Kupplung (11) im Antriebsstrang zwischen dem Motor und dem Getriebe, einer Steuerung (9), die Fahrparameterdaten über mit der Steuerung (9) verbundene Sensoren (15) beobachtet und Steuersignale an ein System zum Steuern des Motors (10) überträgt, einer Einrichtung zum Feststellen einer Unterbrechung im Antriebsstrang bei ausgerückter Kupplung und zum Erzeugen eines dies anzeigenden Signals für die Steuerung (9), gekennzeichnet durch die Schritte des – nicht nur Beobachtens sondern auch Aufzeichnens und ständigen Aktualisierens der genannten Fahrparameterdaten für den Betrieb, – Feststellens in der Steuerung (9), in einer durch das erste Signal ausgelösten Weise, auf der Basis der ständig aktualisierten Fahrparameterdaten, einer gewünschten Motordrehzahl (ω2), die nach Vollendung des Gangwechsels herrschen soll, und – Erzeugens in der Steuerung (9) eines Steuersignals, das auf die Motorsteuerung einwirkt, so dass die Motordrehzahl während eines Gangwechselvorgangs zu der gewünschten Drehzahl (ω2) hin geführt wird.