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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugantriebs
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die
DE 10 2004 002 141
A1 beschreibt einen Kraftfahrzeugantrieb mit einer Kolben-Brennkraftmaschine,
die über eine Mehrzahl von Kraftmessbolzen an einem Träger
des Kraftfahrzeugs gelagert ist. Aus den Signalen der Kraftmessbolzen
wird, unter Berücksichtigung bestimmter geometrischer Größen der
Brennkraftmaschine, ein aktuelles Drehmoment ermittelt. Dieses kann
beispielsweise für eine Erkennung von Verbrennungsaussetzern
verwendet werden.
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Die
DE 196 17 839 A1 beschreibt
ein aktives Zweikammer-Motorlager. Dieses ermöglicht eine
betriebspunktabhängige Einstellung der Dämpfung
der Aufhängung der Brennkraftmaschine. So kann zum Beispiel
im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine die Dämpfung
reduziert werden, damit weniger Schwingungen auf die Karosserie übertragen
werden. Das bekannte aktive Zweikammer-Motorlager umfasst zwei über
einen Kanal miteinander verbundene Kammern, die mit einer elektroreologischen Flüssigkeit
gefüllt sind. Durch eine Veränderung der Viskosität
kann das Strömungsverhalten der Flüssigkeit zwischen
den beiden Kammern und somit das Dämpfungsverhalten des
Lagers beeinflusst werden. Bekannt sind auch regelbare aktive Motorlager,
welche ein Volumen umfassen, dessen Inhalt mittels einer Ventilansteuerung
verändert werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines
Kraftfahrzeugantriebs mit einem aktiven Lager bereitzustellen, welches
mit geringen Kosten die Betriebssicherheit und den Betriebskomfort
des Kraftfahrzeugantriebs verbessert.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 und durch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung mit den Merkmalen
des nebengeordneten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Für
die Erfindung wichtige Merkmale sind darüber hinaus in
der nachfolgenden Beschreibung genannt und in der Zeichnung dargestellt. Die
Merkmale können dabei für die Erfindung in Alleinstellung
oder in unterschiedlichen Kombinationen wichtig sein, ohne dass
hierauf jeweils explizit hingewiesen wird.
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Ein
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht
darin, dass eine üblicherweise bei einem aktiven Lager
ohnehin vorhandene Sensorik, mit der eine Zustandsgröße
des Lagers erfasst wird, für die Ermittlung der Änderung
der Ist-Betriebsgröße des Kraftfahrzeugantriebs
verwendet werden kann. Eine zusätzliche Hardware, beispielsweise
ein Kraftmessbolzen wie beim Stand der Technik, ist nicht erforderlich.
Dem liegt die erfindungsgemäße Kenntnis zugrunde,
dass es in vielen Fällen ausreichend ist, keinen Absolutwert
einer Ist-Betriebsgröße des Kraftfahrzeugantriebs
zu ermitteln, sondern lediglich eine relative Änderung
der Ist-Betriebsgröße. Mit der Kenntnis von der Änderung
der Ist-Betriebsgröße werden zahlreiche Diagnosen
von Komponenten des Kraftfahrzeugantriebs ermöglicht, insbesondere dann,
wenn es sich bei der Ist-Betriebsgröße um ein Ist-Drehmoment
handelt.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Änderung der Ist-Betriebsgröße
aus der Änderung der Zustandsgröße des
aktiven Lagers nur dann ermittelt wird, wenn sich eine die Ist-Betriebsgröße
beeinflussende Stehgröße des Kraftfahrzeugantriebs ändert. Auf
diese Weise kann die Sicherheit erhöht werden, dass die Änderung
der Zustandsgröße des aktiven Lagers mit der Änderung
der Ist-Betriebsgröße des Kraftfahrzeugantriebs
zusammenhängt, und nicht durch andere Einflüsse
hervorgerufen wird.
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Dies
gilt insbesondere dann, wenn die Stellgröße ein
Fahrerwunschmoment, eine Fahrpedalstellung, eine Getriebeübersetzung,
eine Anzahl aktiver Zylinder, ein Brennverfahren oder eine Kraftstoffart
ist. Die Ist-Betriebsgröße des Kraftfahrzeugantriebs,
beispielsweise das Ist-Drehmoment, würde also nur ermittelt
werden, wenn sich eine dieser Stellgrößen ändert.
Ist die Stellgröße das Fahrerwunschmoment oder
die Fahrpedalstellung, kann mittels des erfindungsgemäßen
Verfahrens die gewünschte und die tatsächliche Änderung
des Ist-Drehmoments überprüft beziehungsweise
diagnostiziert werden. Ist die Stellgröße eine
Getriebeübersetzung, kann der Schaltkomfort ermittelt werden. Ziel
dabei ist es, dass der Schaltvorgang (bei einem automatischen Getriebe)
so gesteuert wird, dass möglichst geringe Änderungen
der Zustandsgröße des aktiven Lagers auftreten.
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Die
Anzahl der aktiven Zylinder spielt bei einem sogenannten "Halbmotorbetrieb"
beziehungsweise bei einer Zylinderabschaltung eine Rolle. Dies wird
bei bestimmten Brennkraftmaschinen im Teillastbetrieb angewendet.
Beispielsweise wird bei einem Acht-Zylindermotor die Hälfte
der Zylinder abgeschaltet, was zu Schwingungen der Brennkraftmaschine
beziehungsweise des Kraftfahrzeugantriebs führt, die dank
des erfindungsgemäßen Verfahrens minimiert werden
können.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch ein Übergangskomfort
beim Wechsel von einem Brennverfahren in ein anderes Brennverfahren bestimmt
werden, beispielsweise von einer geschichteten Verbrennung zu einer
homogenen Verbrennung. Ebenso kann der Übergangskomfort
beim Wechsel von einer Kraftstoffsorte, beispielsweise Benzin, zu
einer anderen Kraftstoffsorte, beispielsweise Gas, gestimmt werden.
Der Wechsel sollte jeweils so gesteuert werden, das während
des Übergangs keine Änderungen des Ist-Drehmoments
auftreten. Auch kann mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren das angewendete Brennverfahren hinsichtlich der Laufruhe
optimiert werden, beziehungsweise es kann das Brennverfahren an
eine wechselnde Kraftstoffzusammensetzung angepasst werden. Auch Verbrennungsaussetzer
können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
erkannt werden, im Sinne einer Laufunruheauswertung.
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Zur
Verbesserung der Aussagekraft des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist es vorteilhaft, wenn bei der Ermittlung der Änderung
der Ist-Betriebsgröße mindestens eine Störgröße berücksichtigt
wird. Bei einer solchen Störgröße kann
es sich beispielsweise um eine aber den Antriebsstrang aufgezwungene Änderung
der Zustandsgröße des aktiven Lagers handeln.
Derartige Störungen können beispielsweise beim Überfahren
einer Schlechtwegstrecke oder bei einem automatischen Bremseingriff
(ESP) auftreten. Auf einfache Art und Weise kann eine solche Störgröße
aus einer Änderung einer Drehzahl eines Rades des Kraftfahrzeugantriebs
ermittelt werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens sieht vor, dass die ermittelte Änderung der
Ist-Betriebsgröße für eine Optimierung
einer Stellgröße des Kraftfahrzeugantriebs verwendet
wird. Eine solche Stellgröße kann beispielsweise
eine Einspritzmenge, ein Einspritzzeitpunkt, etc. sein. Normalerweise
wird durch eine solche Stellgröße das Ist-Drehmoment
der Brennkraftmaschine beziehungsweise des Kraftfahrzeugantriebs
und hierdurch wiederum letztlich der Komfort bei einer Änderung
der Ist-Betriebsgröße beeinflusst.
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Besonders
vorteilhaft ist dies jedoch dann, wenn die Stellgröße
auf einen Starter des Kraftfahrzeugantriebs wirkt. Hierdurch kann
das Anlassen der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugantriebs optimiert
werden. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass beispielsweise
bei einem Start-Stopp-Betrieb ein komfortabler Start der Brennkraftmaschine
besonders wichtig ist. Dies bedeutet, dass beim Starten der Brennkraftmaschine
möglichst geringe Schwingungen auftreten sollten. Mittels
des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Leistungssteuerung
des Starters möglich, durch die abhängig von der Änderung
der Zustandsgröße des aktiven Lagers die Leistung
geregelt wird.
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Ferner
kann bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
die ermittelte Änderung der Zustandsgröße
des aktiven Lagers zur Erkennung eines Motorschadens, insbesondere
eines Schadens an einem Lager einer Kurbelwelle, oder, wie bereits oben
erwähnt, zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern verwendet
werden.
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Besonders
einfach funktioniert das erfindungsgemäße Verfahren
dann, wenn die Zustandsgröße einen Druck in einem
hydraulischen oder pneumatischen Volumen des aktiven Lagers umfasst.
Bei einer Drehmomentänderung, beispielsweise einem Beschleunigungsvorgang,
verdreht sich nämlich die Brennkraftmaschine beziehungsweise der
Kraftfahrzeugantrieb, und es kommt zu einer Zug- und/oder Druckbelastung
des Lagers. Diese Belastung beziehungsweise Laständerung
kann durch die besagte Druckmessung erfasst werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend
werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele 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 einem Kraftfahrzeugantrieb
und einem aktiven Lager, mit dem der Kraftfahrzeugantrieb an einem
Träger gelagert ist;
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2 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben des Kraftfahrzeugantriebs
von 1;
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3 ein
Detail des Verfahrens von 2; und
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4 ein
weiteres Detail des Verfahrens von 2.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Ein
Kraftfahrzeug trägt in 1 insgesamt das
Bezugszeichen 10. Es ist nur symbolisch durch einen strichpunktierten
Kasten angedeutet. Zu dem Kraftfahrzeug 10 gehört
ein Kraftfahrzeugantrieb 12.
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Der
Kraftfahrzeugantrieb 12 umfasst eine Kolben-Brennkraftmaschine 14,
die über eine Kurbelwelle 16 ein automatisches
Getriebe 18 antreibt. Dieses ist wieder über eine
Kardanwelle 20 mit mindestens einem Rad 22 verbunden.
Zum Starten der Brennkraftmaschine 14 dient ein Starter 24.
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Die
Brennkraftmaschine 14 und das Getriebe 18 sind über
mehrere aktive Motorlager an einem Träger 34 des
Kraftfahrzeugs 10 befestigt. Von den aktiven Motorlagern
ist in 1 nur eines dargestellt, welches das Bezugszeichen 26 trägt.
Das aktive Motorlager 26 umfasst einen Kolben 28,
der in einem Zylinder 30 geführt ist. Über
eine Kolbenstange 32 ist der Kolben 28 mit der
Brennkraftmaschine 14 verbunden. Der Zylinder 30 ist
dagegen mit dem Träger 34 starr verbunden, der
wiederum am Kraftfahrzeug 10 befestigt ist. Zwischen dem
Kolben 28 und dem Zylinder 30 ist, zur Brennkraftmaschine 14 hin,
ein erstes Pneumatikvolumen 36 gebildet, wohingegen zwischen
der anderen Seite des Kolbens 28 und dem Zylinder 30,
also zum Träger 34 hin, ein zweites Pneumatikvolumen 38 gebildet
ist. Beide Volumen 36 und 38 sind mit Luft gefüllt
und über eine Leitung 40 miteinander verbunden.
In der Leitung ist eine verstellbare Drossel 42 angeordnet.
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Der
Betrieb des Kraftfahrzeugs 10 und des Kraftfahrzeugantriebs 12 wird
von einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung 44 gesteuert
beziehungsweise geregelt. Diese erhält Signale von verschiedenen
Sensoren, beispielsweise von einem Drucksensor 46, der
den Druck im ersten Pneumatikvolumen 36 des aktiven Motorlagers 26 erfasst.
Ferner erhält die Steuer- und Regeleinrichtung 44 Signale
von einem nicht gezeigten Geber eines Fahrpedals 48, welches
von einem Benutzer des Kraftfahrzeugs 10 betätigt
werden kann. Eine Drehzahl des Rads 22 wird von einem Radsensor 50 erfasst
und ebenfalls der Steuer- und Regeleinrichtung 44 übermittelt.
Angesteuert wird von der Steuer- und Regeleinrichtung 44 unter
anderem die Brennkraftmaschine 14, hier beispielsweise
nicht dargestellte Injektoren und/oder eine nicht dargestellte Drosselklappe,
sowie der Starter 24 und die Drossel 42.
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Das
aktive Motorlager 26 ermöglicht eine betriebspunktabhängige
Einstellung der Dämpfung der Lagerung der Brennkraftmaschine 14 beziehungsweise
des Getriebes 18. So kann zum Beispiel im Leerlaufbetrieb
der Brennkraftmaschine 14 die Dämpfung durch Öffnen
der Drossel 42 reduziert werden, damit weniger Schwingungen
von der Brennkraftmaschine 14 auf die Karosserie (nicht
dargestellt) des Kraftfahrzeugs 10 übertragen
werden. Das aktive Motorlager 26 kann dabei geregelt werden.
Hierzu wird die Druckmessung mittels des Drucksensors 46 eingesetzt.
Der vom Drucksensor 46 im ersten Pneumatikvolumen 36 herrschende Druck
ist insoweit eine Zustandsgröße des aktiven Motorlagers 26,
welche dessen dynamische Eigenschaft beeinflusst.
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Die
Signale des Drucksensors 46 sind im Normalfall proportional
zur Schwingung der Brennkraftmaschine 14 gegenüber
dem Träger 34. Bei einem Beschleunigungsvorgang
verdreht sich die Brennkraftmaschine 14 und es kommt zu
einer Zug- oder Druckbelastung des aktiven Motorlagers 26, welche
zu einer Änderung des vom Drucksensor 46 erfassten
Signals führt. Dieser Zusammenhang wird bei dem in 1 gezeigten
Kraftfahrzeugantrieb 12 ausgenutzt, um eine Änderung
einer Ist-Betriebsgröße des Kraftfahrzeugantriebs 12,
beispielsweise eines Ist-Drehmoments, zu ermitteln. Ein entsprechendes
Verfahren ist als Computerprogramm auf einem Speicher der Steuer-
und Regeleinrichtung 44 abgelegt. Das Verfahren wird nun
im Detail unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 erläutert:
Nach einem Start in 52 wird in 54 zunächst
geprüft, ob sich eine Stellgröße des
Kraftfahrzeugantriebs 12, welche als Ist-Betriebsgröße
das Ist-Drehmoment der Brennkraftmaschine 14 beeinflusst, ändert.
Eine solche Stellgröße kann beispielsweise eine
Stellung wped des Fahrpedals 48 sein. Eine Änderung
der Stellung wped des Fahrpedals 48 ist in 2 mit
dwped bezeichnet. Weitere Änderungen von Stellgrößen,
welche das Ist-Drehmoment der Brennkraftmaschine 14 beeinflussen,
sind in 2 mit dfawu (Änderung
des Fahrer-Wunschmoments fawu), di (Änderung der Getriebeübersetzung
i), dnzyl (Änderung der Anzahl nzyl der aktiven Zylinder),
dmod (Änderung des Brennverfahrens mod der Brennkraftmaschine 14) und
mit dfuel (Änderung der Kraftstoffart fuel) bezeichnet.
Wird in 54 festgestellt, dass sich eine der genannten Stellgrößen ändert,
wird in 56 auf der Basis einer vom Drucksensor 46 erfassten
Druckänderung dp eine Änderung dM (Block 58)
des Ist-Drehmoments ermittelt. Diese Änderung dM des Ist-Drehmoments
wird in 60 dazu verwendet, den Betrieb der Brennkraftmaschine 14 auf
noch näher darzustellende Art und Weise zu beeinflussen
beziehungsweise zu optimieren. Das Verfahren endet in 62.
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3 zeigt
den Block 56 von 2 stärker im
Detail. Danach wird die Druckänderung dp des im ersten
Pneumatikvolumen 36 herrschenden Drucks in 64 einer
Störgrößenkorrektur unterzogen. Durch diese
wird berücksichtigt, dass es beispielsweise dann, wenn
das Kraftfahrzeug 10 eine sehr schlechte, beispielsweise
stark unebene Fahrbahn überfährt, zu Drehzahländerungen
drad des Rads 22 kommen kann, die über den Antriebsstrang,
also die Kardanwelle 20, das Getriebe 18 und die
Kurbelwelle 16 auf die Brennkraftmaschine 14 wirken und
letztlich dem aktiven Motorlager 26 eine Druckänderung
dpdrad aufzwingen. Dieser Zusammenhang wird
in 66 durch ein numerisches Modell dargestellt. In 64 wird
die vom Drucksensor 46 erfasste Druckänderung
dp mit der Störgröße dpdrad korrigiert
und dann die tatsächliche Änderung dM des Ist-Drehmoments
ermittelt.
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Die
Verwendung der aus der Druckänderung dp ermittelten Änderung
dM des Ist-Drehmoments in 60 wird nun unter Bezugnahme
auf 4 näher erläutert: Aufgrund
der Abfrage in 54 kann die ermittelte Änderung
dM einer Änderung dwped, dfawu, di, dnzyl, dmod oder dfuel
einer entsprechenden Stehgröße des Kraftfahrzeugantriebs 12 zugeordnet
werden. In 68 wird die ermittelte Änderung dM
mit einer erwarteten Änderung dMdwped,
dMdfawu, dMdi, dMdnzyl, dMdmod und
dMdfuel verglichen und abhängig
vom Ergebnis des Vergleichs in 70 eine einzuspritzende
Kraftstoffmenge wK, ein Einspritzzeitpunkt ti, eine Stellung einer
Drosselklappe wdk, etc. entsprechend angepasst. Das Kriterium für
die Anpassung ist dabei, einen möglichst hohen Komfort
für den Benutzer des Kraftfahrzeugs 10 sicherzustellen.
So soll bei einer Änderung di der Getriebeübersetzung,
bei einer Änderung der Anzahl dnzyl der aktiven Zylinder,
bei einer Änderung dmod des Brennverfahrens oder bei einer Änderung
dfuel der verwendeten Kraftstoffart die zugehörige Drehmomentänderung
dM möglichst gering sein.
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Darüber
hinaus wird in 72 die ermittelte Änderung dM mit
einem Grenzwert G1 verglichen. Abhängig vom Ergebnis des
Vergleichs wird auf eine erhöhte Laufunruhe beziehungsweise
das Vorliegen von Verbrennungsaussetzern erkannt (Block 74).
In 76 wird die Änderung dM des Ist-Drehmoments
mit einem Grenzwert G2 verglichen, und abhängig vom Ergebnis
des Vergleichs in 76 in 78 auf einen Lagerschaden
beispielsweise an einem Lager der Kurbelwelle 16 erkannt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004002141
A1 [0002]
- - DE 19617839 A1 [0003]