DE4442025B4

DE4442025B4 - Verfahren zur Verbesserung des Anfahr-, Ankriech- und Rangierverhaltens von Kraftfahrzeugen mit Ottomotor und mit einer elektronisch gesteuerten Kupplung

Info

Publication number: DE4442025B4
Application number: DE4442025A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Jürgen Dipl.-Ing. Lemke; Reinhold Dipl.-Ing. Haack
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1993-12-07
Filing date: 1994-11-25
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2014-11-26
Also published as: DE4442025A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung des Anfahr-, Ankriech- und Rangierverhaltens eines Kraftfahrzeuges mit einem einen Ottomotor und ein Getriebe mit einer elektronisch steuerbaren Anfahrkupplung umfassendes Antriebsaggregat, sowie mit einem den Ottomotor steuernden Motorsteuerrechner, durch den im unteren Auslenkbereich des Fahrpedals oder einer entsprechenden Drosselklappenstellung durch Verstellung des Zündzeitpunktes nach "spät" die Motordrehzahl auf einen konstanten und niedrigen Wert geregelt wird, der zwischen einer oberen und einer unteren Leerlaufdrehzahl liegt, und einem die Kupplung steuernden Getriebesteuerrechner, durch den in einem unteren Auslenkbereich des Fahrpedals die Kupplung proportional zur Fahrpedal- oder Drosselklappenstellung betätigt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Anfahr-, Ankriech- und Rangierverhaltens eines Kraftfahrzeuges mit einem Ottomotor und einem Getriebe mit einer elektronisch steuerbaren Anfahrkupplung.
Bei Fahrzeugen mit elektronisch gesteuerter Kupplung, d. h. bei Fahrzeugen ohne Kupplungspedal, wird für das Anfahrprogramm im Motorsteuerrechner in der Regel ein Algorithmus verwendet, der einem Fahrpedalwinkel eine bestimmte, mit dem Fahrpedalwinkel zunehmende Motor-Solldrehzahl zuordnet. Alternativ dazu gibt es Steuerungsverfahren, bei denen den Motordrehzahlen bestimmte Kupplungssollmomente bzw. Kupplungssollstellwege zugeordnet sind. Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil einer stärkeren Verschleiß- und Reibwertabhängigkeit der Regelung.
Insbesondere für Ottomotoren (aber auch für Dieselmotoren je nach Auslegung des Einspritzkennfeldes) gilt zudem, dass schon sehr kleine Betätigungswinkel des Fahrpedals (oder der Drosselklappe bzw. der Regelstange) zu großen Leerlaufdrehzahlen, und bei Aktivierung eines Kupplungsanfahrreglers damit zu großen Kupplungsmomenten führen. Der Bereich, in dem der Fahrer damit kriechend rangieren kann, ist dadurch winzig klein. Der zusätzliche Freiheitsgrad der schleifenden Kupplungsbetätigung, den der Fahrer von Fahrzeugen mit Kupplungspedal kennt, ist ihm damit genommen.
Das Kriechen zum Einparken und Kolonnefahren wird dadurch stark erschwert und unkomfortabel.
Aus diesem Dilemma kann man sich bei Dieselfahrzeugen leicht befreien, indem man den Anfahralgorithmus im Motorsteuerrechner wie folgt verändert.
Im Anfangsbereich der Fahrpedalauslenkung wird ein Steuerungsalgorithmus verwendet, bei dem der Kupplungsweg nicht von der Motordrehzahl abhängig ist, sondern, vom Schlupfpunkt an gerechnet, nur proportional zu dem Fahrpedalwinkel eingestellt wird. Dabei ist der Schlupfpunkt als der Punkt des Kupplungsweges definiert, bei dem gerade die erste Montagenübertragung beginnt. Damit ergibt sich für den Fahrer ein ähnliches Verhalten, wie er es zum Kriechen bei der Bedienung des Kupplungspedals kennt.
Da bei vielen Dieselmotoren die Zunahme der Leerlaufdrehzahl im Anfangsbereich der Fahrpedalbetätigung nur gering ist, ergibt sich durch das Hochdrehen des Motors ohne motordrehzahlabhängige Kupplungsregelung kein akustisches Problem.
Sollte entsprechend der Bauart des Dieselmotors die Zunahme der Leerlaufmotordrehzahl jedoch zu stark sein, ist das Problem durch eine einfache konstruktive Änderung lösen. Dazu muß zwischen dem Betätigen des Fahrpedals und dem Betätigen der Regelstange des Dieselmotors ein Leerweg vorhanden sein, der ein Betätigen des Fahrpedals und damit ein dosiertes Kriechen des Fahrzeuges ermöglicht, bevor die Regelstange ausgelenkt wird. Ein Abwürgen des Motors droht dadurch nicht, da beim Dieselmotor der Ansaugkanal für die Zuluft stets völlig geöffnet ist. Dadurch kann eine Leerlaufstabilisierung mit sehr starker Zunahme des Motormomentes unterhalb der Leerlaufdrehzahl im Motorkennfeld des Motorsteuerrechners realisiert werden.
Diese beim Dieselmotor mögliche Verbesserung des Kriechverhaltens läßt sich bei Ottomotoren nicht realisieren. Zwar ist eine fahrpedalproportionale Einstellung des Kupplungsweges möglich, aber nur in engsten Bereichen, da die Leerlaufdrehzahl des Ottomotors schon bei kleinsten Drosselklappenwinkeln extrem zunimmt und ein Kriechen schon bei Motordrehzahlen oberhalb 2000 Umdrehungen/Minute akustisch nicht mehr akzeptabel ist.
Zudem führt die Nutzung eines Untergasbereiches (Leerweges) beim Ottomotor ebenfalls nicht zu ausreichenden Ergebnissen, da die Ottomotoren in der Regel nicht über eine Leerlaufregelung mit ausreichender Momentenzunahme unterhalb der Leerlaufdrehzahl verfügen. Das gilt insbesondere für den Kaltstart. Die zum Ankriech über die Kupplung abnehmbaren Momente sind daher deutlich zu gering. Das Anfahr- und Ankriechverhalten bei Fahrzeugen mit Ottomotor kann daher immer nur mit schlechterer Qualität realisiert werden als dies bei Dieselmotoren der Fall ist.
Aus der US 4,792,902 ist ein Kontrollsystem für eine Kupplung bekannt, dem die Aufgabe zugrunde liegt, beim Schaltvorgang entstehende Vibrationen zu reduzieren. Dabei erfolgt eine Zündzeitpunktverstellung in Abhängigkeit von der ermittelten Motor- und Getriebedrehzahl so, dass damit eine optimale Dämpfung im Antriebsstrang erzielt wird.
Aus der DE 38 23 387 A1 ist ein gattungsbildendes Verfahren zur Ansteuerung einer automatisch betätigten Reibkupplung bekannt. Hierbei lässt eine über das Fahrpedal steuerbare Leistungsstelleinrichtung der Brennkraftmaschine im Bereich der Ruhestellung des Fahrpedals einen begrenzten Pedalvorweg zu, innerhalb welchem die Leistung der Brennkraftmaschine durch Betätigen des Fahrpedals nicht beeinflusst werden kann. Innerhalb dieses Pedalvorwegs spricht die Steuerung der Reibungskupplung auf die Fahrpedalposition an und stellt die Reibungskupplung auf eine Zwischenstellung im "Schleifbereich" der Kupplung, d. h. auf eine drehmomentübertragende Stellung zwischen der vollständig eingekuppelten Stellung und der vollständig ausgekuppelten Stellung. Mit anderen Worten wird für den Rangierbetrieb das Fahrpedal im Bereich seiner Ruhestellung von der Leistungsstelleinrichtung der Brennkraftmaschine abgekoppelt und über den die Pedalstellung erfassenden Sensor zur Steuerung der Kupplungsstellung ausgenutzt. Unabhängig von der Fahrpedalstellung arbeitet die Brennkraftmaschine im Rangierbetrieb mit einer gleichbleibenden, vorbestimmten Drehzahl, beispielsweise der Leerlaufdrehzahl, während die Kupplungsstellung durch Variieren der Fahrpedalposition innerhalb des Pedalvorwegs variiert werden kann. Die Reibungskupplung lässt sich damit über das Fahrpedal ähnlich einem Kupplungspedal im Schleifbereich steuern. Weiterhin umfasst die Leistungsstelleinrichtung der Brennkraftmaschine eine Drehzahlregeleinrichtung, die vorzugsweise die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine konstant hält. Mit Hilfe der Drehzahlregeleinrichtungen können größere Lastschwankungen ausgeglichen werden, wie sie beispielsweise beim Rangieren am Berg oder beim Überwinden von Bordsteinkanten oder dergleichen auftreten können.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verbesserung des Anfahr-, Ankriech- und Rangierverhaltens von Kraftfahrzeugen mit Ottomotor und einer elektronisch gesteuerten Reibkupplung vorzustellen.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Erfindung liegt demnach die Erkenntnis zugrunde, dass mit Hilfe einer Zündwinkelverstellung nach "spät" im unteren Stellbereich des Fahrpedals die Motordrehzahl auf einen konstanten Wert begrenzt werden kann. In diesem Bereich wird zur Verbesserung des Anfahr-, Ankriech- und Rangierverhaltens des Kraftfahrzeuges die Kupplung proportional zur Fahrpedalverstellung eingestellt.
Die Nutzung der Möglichkeit der Spätverstellung des Zündzeitpunktes im Rahmen des an sich bekannten Zündmanagements eines Motors, bei dem beispielsweise zu Vermeidung von Lastwechselschlag der Zündzeitpunkt zur Reduzierung des Motormomentes bis zum Nullpunkt verstellt werden kann, wird durch das vorgeschlagene Steuerungsverfahren derart abgewandelt, dass durch die Zündzeitpunktverstellung nach "spät" eine konstante, niedrige, Motordrehzahl ein geregelt wird. Diese Motordrehzahl, mit der das Verhalten in der o. g. Fahrsituation optimal ist, ist in dem Motorsteuerrechner abgelegt und liegt zwischen einer oberen und einer unteren Leerlaufdrehzahl und kann beispielsweise 1 000 Umdrehungen/Minute betragen.
Bei Überschreiten eines im Motorrechner abgespeicherten Fahrpedalgrenzwinkels wird die Kriechregelung beendet und der Zündzeitpunkt von "spät" nach "normal" zurückgeregelt. Die Kriechregelung ist erst dann wieder aktivierbar, wenn das Fahrpedal in seine Ausgangsstellung, d. h. die Nullauslenkposition zurückgeführt wurde.
Aus Sicherheitsgründen, etwa beim Rangieren am Berg, wird die Kriechregelung sofort abgebrochen und der Zündzeitpunkt sofort nach "normal" zurückgestellt, wenn das Fahrzeug eine bestimmte und im Motorsteuerrechner abgelegte Grenzgeschwindigkeit überschreitet. Dies gilt natürlich auch dann, wenn das Fahrpedal noch unterhalb des Fahrpedalgrenzwinkels ausgelenkt ist. Zudem kann vorgesehen sein, daß die Kriechregelung sofort dann abgebrochen wird, wenn der Fahrer durch schnelles Durchtreten des Fahrpedals und Überschreiten einer festgelegten Stellgeschwindigkeit ein Ende des Anfahr- oder Rangiervorganges signalisiert.
Außerdem ist in einer Ausgestaltung des Regelungsverfahrens vorgesehen, daß die Zurückstellung des Zündzeitpunktes von "spät" nach "normal" bei Überschreitung des Fahrpedalgrenzwinkels erst dann erfolgt, wenn die Motordrehzahl größer als die obere Leerlaufdrehzahl ist und die Kriechregelung aktiviert war.
Zur Erhöhung des Fahrkomforts ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Rückstellung des Zündwinkels mit einer zeitgesteuerten Rampenverstellung erfolgt, deren Steuerungsfunktion im Motorsteuerungsrechner gespeichert ist.
Schließlich ist vorgesehen, daß erst nach Beendigung der Kriechregelung und vollständiger Zurückstellung des Zündzeitpunktes auf "normal" die Kupplung langsam vollständig geschlossen wird.
Mit dem vorgeschlagenen Steuerungsverfahren kann das Anfahr-, Ankriech- und Rangierverhalten eines Kraftfahrzeuges mit Ottomotor und selbsttätig arbeitender Anfahrkupplung komfortabler und sicherer als bei Fahrzeugen mit manuell betätigter Anfahrkupplung durchgeführt werden.

Claims

Verfahren zur Steuerung des Anfahr-, Ankriech- und Rangierverhaltens eines Kraftfahrzeuges mit einem einen Ottomotor und ein Getriebe mit einer elektronisch steuerbaren Anfahrkupplung umfassendes Antriebsaggregat, sowie mit einem den Ottomotor steuernden Motorsteuerrechner, durch den im unteren Auslenkbereich des Fahrpedals oder einer entsprechenden Drosselklappenstellung durch Verstellung des Zündzeitpunktes nach "spät" die Motordrehzahl auf einen konstanten und niedrigen Wert geregelt wird, der zwischen einer oberen und einer unteren Leerlaufdrehzahl liegt, und einem die Kupplung steuernden Getriebesteuerrechner, durch den in einem unteren Auslenkbereich des Fahrpedals die Kupplung proportional zur Fahrpedal- oder Drosselklappenstellung betätigt wird.
Verfahren nach Anspuch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreitung eines vorbestimmten und im Motorrechner abgelegten Fahrpedalgrenzwinkels die Zündzeitpunktverstellung von "spät" nach "normal" zurückgeregelt und die Kriechregelungsphase damit beendet wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zurückstellung des Zündzeitpunktes von "spät" nach "normal" bei Überschreitung des Fahrpedalgrenzwinkels erst dann erfolgt, wenn die Motordrehzahl größer als die obere Leerlaufdrehzahl ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kriechregelung erst dann wieder aktiviert wird, wenn das Fahrpedal in die Nullauslenkposition zurückgeführt wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kriechregelung dann beendet und der Zündzeitpunkt auf "normal" zurückgestellt wird, wenn eine zuvor im Motorsteuerrechner abgespeicherte Grenzfahrgeschwindigkeit überschritten wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbruch der Kriechregelung auch unterhalb des Fahrpedalgrenzwinkels erfolgt, wenn eine im Motorsteuerrechner abgelegte Auslenkgeschwindigkeit des Fahrpedals überschritten wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beendigung der Kriechregelung die Kupplung langsam vollständig geschlossen wird.