DE102009053039A1

DE102009053039A1 - Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs und Antriebsstrang hierzu

Info

Publication number: DE102009053039A1
Application number: DE102009053039A
Authority: DE
Inventors: Thomas Winkler; Benjamin Tlatlik; Roman Krähling
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-12-18
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2010-07-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine, einem Getriebe und einer zwischen der Brennkraftmaschine und dem Getriebe angeordneten Reibungskupplung. Zur verbesserten Ausgestaltung einer Leerlaufregelung der Brennkraftmaschine, insbesondere bei einer Anfahrt des Kraftfahrzeugs wird vorgeschlagen, ein die Leerlaufregelung beeinflussendes, durch die sich schließende Reibungskupplung bewirktes Störmoment abhängig vom sich einstellenden Kupplungsmoment zu kompensieren.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, einem Getriebe und einer zwischen diesen wirksamen Reibungskupplung sowie ein Verfahren zu dessen Steuerung.
Derartige Antriebsstränge und Verfahren zu deren Steuerung sind seit langem bekannt. Zur Regelung der Brennkraftmaschine ist dabei ein Steuergerät vorgesehen, das abhängig von einer vom Fahrer betätigten Lastregelungseinrichtung, beispielsweise in Form eines Fahr- oder Gaspedals, das Motormoment einstellt. Bleibt die Lastregelungseinrichtung unbetätigt, hält ein Leerlaufregler die Brennkraftmaschine auf einer konstanten Leerlaufdrehzahl. Werden dabei zusätzliche Verbraucher, beispielsweise eine Klimaanlage, zugeschaltet, erhöht der Leerlaufregler das Motormoment, um den dadurch bedingten Abfall der mittleren Leerlaufdrehzahl zu kompensieren. Dies trifft auch für einen vom Fahrer bei nicht betätigter Lastregelungseinrichtung erfolgenden Anfahrvorgang zu, bei dem beispielsweise der Fahrer ein Kupplungspedal loslässt. Dabei hängt die Regelfähigkeit des Leerlaufreglers unter anderem von der Betätigungsgeschwindigkeit des Kupplungspedals ab, so dass eine schnelle Betätigung des Kupplungspedals bei zu langsamer Regelung des Leerlaufreglers zum Abwürgen der Brennkraftmaschine führt.
Weiterhin sind Leerlaufregler bekannt, die die Leerlaufdrehzahl sprunghaft anheben, sobald ein Absinken der Leerlaufdrehzahl um eine vorgegebene Differenzzahl oder ein bestimmtes Lastmoment ermittelt wird, wobei die Anhebung zur Erzielung einer schnellen Reaktion nicht proportional zum erforderlichen Moment zur Kompensation des Drehzahleinbruchs erhöht wird. Dies kann vom Fahrer oder Insassen als störend empfunden werden und gegebenenfalls zu sicherheitsrelevanten Fahrsituationen führen, da das Kraftfahrzeug unkontrolliert anfahren kann, insbesondere beim Rangieren des Kraftfahrzeugs beim Einparken oder Wenden oder während einer Kriechfahrt. Weiterhin wird mehr Kraftstoff verbraucht und der Antriebsstrang kann zu Schwingungen angeregt werden, wenn der Fahrer mit einer entsprechenden Betätigung des Kupplungspedals auf den Drehzahlanstieg reagiert. Dabei wird durch die Anhebung der Drehzahl nicht das an der Kupplung eingestellte Kupplungsmoment durch ein entsprechend angepasstes Motormoment kompensiert sondern ungeregelt die kinetische Energie der Kurbelwelle erhöht, was einen Drehzahleinbruch und daher ein Abwürgen der Brennkraftmaschine nicht geregelt verhindern kann.
Daraus ergibt sich die Aufgabe, einen Antriebsstrang und ein Verfahren zu dessen Regelung vorzuschlagen, mit denen ein komfortableres Anfahren bei größeren Pedalgeschwindigkeiten des Kupplungspedals ermöglicht wird, also einem verfrühten Abwürgen der Brennkraftmaschine bei nicht betätigter Lastregelungseinrichtung entgegen gewirkt wird.
Die Aufgabe wird durch einen Antriebsstrang und ein Verfahren zum Regeln dieses Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einer während einer Leerlaufphase auf eine konstante Leerlaufdrehzahl geregelten Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle, einem Getriebe und einer zwischen Getriebe und Antriebseinheit wirksamen Reibungskupplung gelöst, wobei während einer Anfahrphase des Kraftfahrzeugs ein sich infolge einer beginnenden Übertragung eines Kupplungsmoments über die Reibungskupplung einstellendes und die Leerlaufdrehzahl absenkendes Störmoment abhängig von dem sich aktuell einstellenden Kupplungsmoment kompensiert wird. Durch die Kompensation des Störmoments durch entsprechende Erhöhung des Motormoments abhängig vom Kupplungsmoment kann ein Anfahrvorgang schnell erkannt werden und das an der Reibungskupplung erforderliche Kupplungsmoment schnell und in der richtigen Höhe der Brennkraftmaschine zugeführt werden. Hierdurch kann eine dynamische und komfortable Anpassung des Motormoments an das Kupplungsmoment erfolgen, so dass selbst bei hohen Betätigungsgeschwindigkeiten, beispielsweise in Form eines Lösens des Kupplungspedals durch den Fahrer oder eine Kriechsteuerung einer automatisierten Reibungskupplung, ein komfortables Einkuppeln der Reibungskupplung ermöglicht und eine Wahrscheinlichkeit des Abwürgens der Brennkraftmaschine reduziert werden.
Weiterhin kann eine Reduzierung der Leerlaufdrehzahl erfolgen, da eine Vorgabe einer Sicherheitsreserve in Form einer Erhöhung der Leerlaufdrehzahl zur Vorbeugung von Abwürgevorgängen bei einer schnell geschlossenen Reibungskupplung entfallen kann, so dass entsprechend Treibstoff gespart werden kann.
Das Kupplungsmoment wird dabei aktuell rekonstruiert, indem beispielsweise ein dem Ausrücksystem der Reibungskupplung zugeordneter Sensor ausgewertet wird. Hierzu können beispielsweise die Messsignale eines Kupplungswegsensors oder eines Drucksensors einer hydrostatischen Ausrückvorrichtung erfasst und mit einem dem Kupplungsweg zugeordneten Kupplungsmoment korreliert werden. Als besonders vorteilhaft hat sich allerdings eine Rekon struktion des Kupplungsmoments aus einem aktuellen Motormoment und einem Masseträgheitsmoment der Kurbelwelle sowie mit diesem fest verbundenen Bauteilen und einer aktuellen Drehzahl der Brennkraftmaschine erwiesen. Eine Rekonstruktion des aktuellen Kupplungsmoments M_K kann dabei beispielsweise nach folgendem Zusammenhang erfolgen: M = MM – JM·ω .1,
Dabei wird das aktuelle Motormoment M_M als Motornettomoment eingesetzt, das heißt das Motormoment M_M wird unabhängig von gegebenenfalls zusätzlichen Verbrauchern bestimmt. Hierzu kann das Motorbruttomoment, also das Moment der Brennkraftmaschine herangezogen werden, das zur Aufrechterhaltung der Leerlaufdrehzahl einschließlich der für die zusätzlichen Verbraucher wie beispielsweise Lichtmaschine, Klimaanlage, Pumpen und dergleichen notwendigen Momente aufzuwenden ist, wobei die entsprechenden Momente oder deren Erwartungswerte eliminiert werden. Die Daten für Motornettomoment und/oder Motorbruttomoment können dabei aus dem Steuergerät zur Steuerung der Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise können diese zeitlich laufend aktualisierten Parameter auf dem CAN-Bus oder einem vergleichbaren Netzwerk zur Verfügung stehen und in einer Routine zur Leerlaufregelung eingesetzt werden.
Die Drehzahl ω_M zur Ermittlung der Drehbeschleunigung ω ._M kann dabei aus den beispielsweise ebenfalls über CAN-Bus erhältlichen oder dem Steuergerät der Brennkraftmaschine direkt zur Verfügung stehenden Messwerten eines Drehzahlsensors zur Erfassung der Drehzahl der Kurbelwelle, beispielsweise einem Inkrementalgeber, der die Inkremente einer Profilierung eines Schwungrads erfasst, ermittelt werden. Dabei kann die aktuelle Drehzahl winkeldiskret interpoliert werden. Dies bedeutet, dass jeweils ein Inkrement erfasst und einem Kreissegment zugeordnet wird, so dass eine Zuordnung des Inkrements zum Verdrehwinkel der Kurbelwelle erfolgen kann. Auf diese Weise kann die ermittelte Drehzahl gefiltert und über den Verbrennungstakt, der von der Anzahl der Zylinder abhängt gemittelt werden kann und von den Zündvorgängen in den einzelnen abhängigen Drehzahlschwankungen eliminiert werden können.
Das Massenträgheitsmoment J_M ergibt sich aus der Trägheitsmasse der Kurbelwelle und den mit dieser verbundenen Bauteilen, beispielsweise einem Zweimassenschwungrad mit Primär- und Sekundärmasse mit Kupplungsdruckplatte oder einem Einmassenschwungrad mit Schwungrad und Kupplungsdruckplatte.
Dabei kann zur Verbesserung der Leerlaufregelung die Leerlaufdrehzahl abhängig vom sich zeitlich ändernden Kupplungsmoment verändert werden, beispielsweise kann mit zunehmendem Kupplungsmoment die Leerlaufdrehzahl proportional oder nach einem vorgegebenen Verlauf erhöht werden. Alternativ kann das Motormoment abhängig vom rekonstruierten Kupplungsmoment eingestellt werden. Hierzu kann das Motormoment proportional mit dem Kupplungsmoment zunehmend oder nach einem vorgegebenen Verlauf mit zunehmendem Kupplungsmoment eingestellt werden. In vereinfachender Weise kann beispielsweise ein fester Verlauf des Motormoments, beispielsweise in Abhängigkeit von der Zeit, vorgegeben werden, sobald das Kupplungsmoment eine vorgegebene Schwelle überschreitet. In gleicher Weise kann das Motormoment nach Unterschreiten einer vorgegebenen Schwelle wieder auf seinen Ursprungszustand zurückgestellt werden.
Nach dem erfinderischen Gedanken kann eine Rekonstruktion des Kupplungsmoments neben der Leerlaufregelung zu weiteren Regelungs- und/oder zu Diagnosezwecken eingesetzt werden. Beispielsweise kann eine Erfassung von Einkuppelvorgängen erfolgen, indem beispielsweise die Pedalbetätigungsgeschwindigkeiten, das Motormoment und andere Größen dem Kupplungsmoment zugeordnet werden und dadurch Rückschlüsse auf Systemparameter wie beispielsweise den Reibwert, eine Belastung eines Zweimassenschwungrads und dergleichen gezogen werden. So kann beispielsweise Anfang und/oder Ende eines Einkuppelvorgangs, eine Synchronisationsdrehzahl der Reibungskupplung, bei der die Reibungskupplung vollständig geschlossen ist, eine Synchronisationsdauer der Reibungskupplung, eine Pedalgeschwindigkeit eines Kupplungspedals und/oder ein Drehzahlverlauf der Kurbelwelle und/oder einer Getriebeeingangswelle des Getriebes diagnostiziert werden.
Weiterhin kann abhängig von einem mittels des rekonstruierten Kupplungsmoments abgeleiteten Arbeitspunktes der Reibungskupplung eine Routine des Kraftfahrzeugs gestartet oder beendet werden, beispielsweise eine Erfassung der Synchrondauer, der Pedalgeschwindigkeit des Kupplungspedals oder eine Kriechroutine, bei der durch entsprechende Vorgabe des Motormoments eine konstante Kriechgeschwindigkeit eingestellt wird, und dergleichen. Weiterhin können aus den Daten des rekonstruierten Kupplungsmoments, dem erforderlichen Motormoment, der Drehzahlentwicklung und dem Trägheitsmoment der Kurbelwelle und den mit dieser verbundenen Bauteilen ermittelten Kupplungsmoments Rückschlüsse auf Beschleunigung des Antriebsstrangs, des Kraftfahrzeugs, das Fahrzeuggewicht und/oder dessen Ladung gezogen werden, so dass zumindest eine Abschätzung dieser und ähnlicher Größen ermöglicht wird, so dass abhängig von diesen Größen, beispielsweise abhängig von der Zuladung oder dem Fahrzeuggewicht das Motormoment bei einem Anfahrpro zess entsprechend vorgegeben werden kann, indem die Lastregelungseinrichtung entsprechend gewichtet wird oder bei einer Anfahrt ohne Lastregelungseinrichtung das Motormoment abhängig vom rekonstruierten Kupplungsmoment entsprechend gewichtet wird, indem beispielsweise ein ladungsabhängiger Vorfaktor variiert wird oder ein entsprechender im Steuergerät hinterlegter Tabellenwert verwendet wird.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einer während einer Leerlaufphase auf eine konstante Leerlaufdrehzahl gesteuerten Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle, einem Getriebe und einem zwischen Getriebe und Antriebseinheit wirksamen Reibungskupplung, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Anfahrphase des Kraftfahrzeugs ein sich infolge einer beginnenden Übertragung eines Kupplungsmoments über die Reibungskupplung einstellendes und die Leerlaufdrehzahl absenkendes Störmoment abhängig von dem sich aktuell einstellenden Kupplungsmoment kompensiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsmoment aus einem aktuellen Motormoment und einem Masseträgheitsmoment der Kurbelwelle sowie mit diesem fest verbundenen Bauteilen und einer aktuellen Drehzahl der Brennkraftmaschine rekonstruiert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das aktuelle Motormoment aus einem von Momenten zusätzlicher Verbraucher bereinigten Motorbruttomoment ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Drehzahl von einem Inkrementalgeber erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Drehzahl winkeldiskret interpoliert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Drehzahl gefiltert und über einen Verbrennungstakt der Brennkraftmaschine gemittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsmoment mittels eines an einem Ausrücksystem der Reibungskupplung angeordneten Sensors rekonstruiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das rekonstruierte Kupplungsmoment zu weiteren Regelungs- oder Diagnosezwecken eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Anfang und/oder Ende eines Einkuppelvorgangs, eine Synchronisationsdrehzahl der Reibungskupplung, eine Synchronisationsdauer der Reibungskupplung, eine Pedalgeschwindigkeit eines Kupplungspedals und/oder ein Drehzahlverlauf der Kurbelwelle und/oder einer Getriebeeingangswelle des Getriebes diagnostiziert werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von einem mittels des rekonstruierten Kupplungsmoments ermittelten Arbeitspunkt der Reibungskupplung eine Routine des Kraftfahrzeuges gestartet oder beendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerlaufdrehzahl abhängig vom rekonstruierten Kupplungsmoment erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Motormoment abhängig vom rekonstruierten Kupplungsmoment eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom rekonstruierten Kupplungsmoment ein fester zeitlicher Verlauf des Motormoments während eines Einkuppelvorgangs vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom rekonstruierten Kupplungsmoment die Beschleunigung des Antriebsstrangs, des Kraftfahrzeugs, das Fahrzeuggewicht und/oder dessen Ladung abgeschätzt wird.
Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine, einem Leerlaufregler für die Brennkraftmaschine, einem Getriebe und einer zwischen der Brennkraftmaschine und dem Getriebe angeordneten Reibungskupplung sowie einem Steuergerät zur Steuerung der Brennkraftmaschine mit einem Prozessor zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14.