DE60007858T2

DE60007858T2 - Verfahren und einrichtung zum steuern eines automatischen getriebes

Info

Publication number: DE60007858T2
Application number: DE60007858T
Authority: DE
Inventors: Sven Stafner
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 1999-04-16
Filing date: 2000-04-13
Publication date: 2004-12-30
Anticipated expiration: 2020-04-14
Also published as: ATE258284T1; SE9901350L; EP1173693A1; US6480776B1; DE60007858D1; EP1173693B1; WO2000063592A1; SE512461C2; BR0009716A; SE9901350D0

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Steuern eines automatischen Getriebes. Die Erfindung ist vor allem auf servounterstützte mechanische Getriebe für Schwerfahrzeuge anwendbar.
Stand der Technik
Heutige Getriebe dieser Art werden von einer Steuereinheit gesteuert, welche die Gangwahl so steuert, dass sich ein im Licht der Erfahrung geeigneter Betrieb des Motors ergibt. Dazu gehörte bisher, dass Bezugsdrehzahlen des Motors bestimmt worden sind, bei denen ein Herauf-/Herunterschalten im Prinzip eingeleitet wird. Die Steuereinheit kann aber auch so gestaltet sein, dass sie in die Berechnungen die Beschleunigung des Fahrzeugs und die Stellung des Gaspedals einbezieht, um die Steuerung so abzuwandeln, dass ein Gangwechsel bei einer Motordrehzahl stattfindet, die etwas niedriger oder etwas höher als die genannte Bezugsdrehzahl ist. Es ist auch möglich, dass ein Gangwechsel in beispielsweise zwei Stufen anstatt einer eingeleitet wird. Das bekannte System muss jedoch als Annäherung betrachtet werden; eine Optimierung des Betriebs an Fahrzeugen, bei denen das System angewandt wird, ist nicht möglich.
Die GB-A-2 061 424 beschreibt eine allgemeine Methode zum Optimieren des Kraftstoffsverbrauchs eines Motors in einem Fahrzeug. Ein Teil dieser Methode umfasst ein Gangwechselverfahren, das den niedrigsten Kraftstoffverbrauch ergibt, indem unter anderem der Kraftstoffverbrauch in verschiedenen wählbaren Gängen verglichen wird.
Ziel und wichtigste Kennzeichen der Erfindung
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Steuern eines automatischen Getriebes anzugeben, wobei die Steuerung weiter verfeinert wird, sodass der Betrieb des Fahrzeugs optimiert werden kann.
Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 bzw. 5 erreicht.
Ergebnis ist die Möglichkeit, in jeder Situation eine Zahnradkombination zu wählen, welche den spezifischen Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs optimiert oder in der Praxis minimiert. Mittels der Erfindung können somit verschiedene mögliche und zulässige Gangalternativen hinsichtlich des spezifischen Kraftstoffverbrauchs am betreffenden Betriebspunkt verglichen werden, sodass dieser veranlasst werden. kann, zu einer möglichst wirtschaftlichen Fahrweise zu führen.
Das Verfahren gemäß der Erfindung erstreckt sich darauf, dass

– die erforderliche Antriebsleistung F auf Grundlage des berechneten Fahrwiderstandes bei der herrschenden Fahrgeschwindigkeit und unter den herrschenden Betriebsbedingungen bestimmt wird,
– für das Fahren mögliche Zahnradkombinationen bestimmt werden,
– mögliche Zahnradkombinationen hinsichtlich des abgegebenen Drehmoments und der zulässigen Motordrehzahl überwacht werden,
– die Betriebspunkte für die möglichen und zulässigen Zahnradkombinationen bestimmt werden,
– der spezifische Kraftstoffverbrauch an den genannten Betriebspunkten bestimmt wird,
– die Zahnradkombination mit dem niedrigsten spezifischen Kraftstoffverbrauch ausgewählt wird,
– ein Steuersignal für den Wechsel zu dem gewählten Gang abgegeben wird, und
– die Gangwechselzeiten für die verschiedenen Zahnradkombinationen berechnet und in die Berechnung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs einbezogen werden.

Die Einleitung von Gangwechseln, bei denen einer oder mehrere Gänge übersprungen werden, ist somit nicht ausgeschlossen.
Die Erfindung ermöglicht es, die für einen Gangwechsel erforderliche Zeit zu berücksichtigen.
Ein bevorzugter Gesichtspunkt der Erfindung schließt ein, dass das Verfahren als Sparmaßnahme eingeleitet wird, nachdem die Steuereinheit beispielsweise festgestellt hat, dass die Fahrgeschwindigkeit während einer bestimmten Zeitspanne ungefähr gleich geblieben ist, oder dass die Stellung des Gaspedals während einer bestimmten Zeitspanne unter einem bestimmten Schwellwert geblieben ist. Dies be deutet, dass die Steuereinheit den Verfahrensablauf, einschließlich den Sparbetrieb selbsttätig einleiten und einen optimalen spezifischen Kraftstoffverbrauch erzielen kann.
Das Unterdrücken von Wechseln zu einer neuen Zahnradkombination, sodass diese nur nach einer bestimmten Zeitspanne eingeleitet werden können, verhindert übermäßigen Gangwechsel und die mit häufigem Gangwechsel verbundene Beunruhigung des Fahrers.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine zum Durchführen des Verfahrens geeignete Steuereinrichtung. Dies ergibt entsprechende Vorteile. Weitere Vorteile werden mittels der anderen Ansprüche erzielt, wie in der folgenden ausführlichen Beschreibung angegeben ist.
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 ein Diagramm eines Verfahrens gemäß der Erfindung zeigt und
2 eine Anordnung gemäß der Erfindung in Verbindung mit dem Antriebsstrang eines Schwerfahrzeugs veranschaulicht.
Beschreibung einer Ausführungsform
In 1 stellt das Bezugszeichen 1 den Anfang der Sequenz dar, und das Bezugszeichen 2 die Überwachung der Betriebsdaten hinsichtlich der Frage, ob die Sparstellung eingeleitet werden kann. Dazu gehört, dass beispielsweise überwacht wird, ob die Betriebsdrehzahl während einer bestimmten Zeitspanne ungefähr gleich geblieben ist, ob das Maß, bis zu dem das Gaspedal niedergedrückt worden ist, dem Einstellpunkt der herrschenden Betriebsbedingungen entspricht, usw. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet die Bestimmung der notwendigen Antriebsleistung auf der Grundlage des berechneten Fahrwiderstandes bei der herrschenden Fahrgeschwindigkeit und unter den herrschenden Betriebsbedingungen. Der Wert des Fahrwiderstandes wird vorzugsweise ständig auf dem Laufenden gehalten, durch Auswertung eingehender Daten betreffend den Motor, den Antriebsstrang, das Fahrzeug, die Fahrbahn usw. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet die Bestimmung möglicher und zulässiger Zahnradkombinationen für die herrschende Fahrsituation, und das Bezugs zeichen 5 bezeichnet die Bestimmung der Betriebspunkte für die Fahrt mit diesen verschiedenen Zahnradkombinationen. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet die Bestimmung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs bei diesen verschiedenen Betriebspunkten; dazu gehört, dass Information verwertet wird, die von einem sogenannten Muscheldiagramm abgeleitet ist, welches die Beziehung zwischen dem Motormoment und der Motordrehzahl hinsichtlich des spezifischen Kraftstoffverbrauchs des betroffenen Motors darstellt. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet den Vergleich der verschiedenen Betriebspunkte hinsichtlich des spezifischen Kraftstoffverbrauchs, was zur Auswahl der Zahnradkombination führt, die dem niedrigsten Verbrauch entspricht. Wenn die gewählte Zahnradkombination nicht die zur Zeit eingelegte Zahnradkombination ist, wird die Zeitdauer überwacht, die seit dem vorangegangenen Gangwechsel verstrichen ist, und wenn sie eine vorgeschriebene Zeitspanne überschreitet, werden Signale an die maßgebenden Bauteile abgegeben, um die gewählte Zahnradkombination einzulegen. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet die Vollendung der Sequenz.
2 stellt schematisch eine Anordnung zum Überwachen gemäß der Erfindung dar, in welcher das Bezugszeichen 9 eine Steuereinheit bezeichnet, die vorzugsweise Einrichtungen zum Steuern gemäß der Erfindung umfasst, welche in die normale Motorsteuerung integriert oder mit ihr verbunden sind. Das Bezugszeichen 16 bezeichnet einen Speicher zum Registrieren von Fahrparametern, Fahrzeuggewicht, Laufwiderstand usw., die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung berücksichtigt werden müssen.
Im Antriebsstrang ist der Motor mit 10 bezeichnet, die Kupplung mit 11 und das in diesem Fall dreifache Getriebe mit 12, 13 und 14, womit eine Unterteilung in aufgespaltene Haupt- und Vorgelegegetriebe dargestellt sein mag. Ein Abtriebsdrehzahlsensor ist mit 15 bezeichnet, und das letzte Zahnrad mit 17.
Die Steuereinheit 19 ist dazu bestimmt,

– die notwendige Antriebsleistung F auf Grundlage des berechneten Fahrwiderstandes und der herrschenden Fahrgeschwindigkeit und der herrschenden Betriebsbedingungen zu bestimmen,
– mögliche Zahnradkombinationen für die Fahrt zu bestimmen,
– mögliche Zahnradkombinationen hinsichtlich des abgegebenen Drehmoments und der zulässigen Motordrehzahl zu überwachen,
– die Betriebspunkte der möglichen und zulässigen Zahnradkombinationen zu bestimmen,
– den spezifischen Kraftstoffverbrauch für diese Betriebspunkte zu bestimmen,
– die Zahnradkombination mit dem niedrigsten spezifischen Kraftstoffverbrauch zu bestimmen, und
– ein Steuersignal für das Einlegen des gewählten Ganges abzugeben.

Die Erfindung lässt sich innerhalb des Umfangs der nachstehenden Patentansprüche variieren. So können die Eingangsdaten für die Berechnungen in gewissem Maß variiert werden, aber sie sollten vorzugsweise die Fahrgeschwindigkeit, die Gaspedalstellung, das Fahrzeuggewicht, die Fahrbahnneigung, Information über den Kraftstoffverbrauch, Gangwechselbedingungen im Getriebe und, sofern anwendbar, in den verschiedenen zum Getriebe gehörigen Einzelgetrieben, die Motordrehzahl- und Drehmomentkurve umfassen. Gangwechselzeiten werden ebenfalls in die Berechnungen einbezogen, und kurze Wechselzeiten beim Einlegen bestimmter Zahnradkombiantonen können dazu führen, dass diese bevorzugt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren einschließlich einer Sparstellung ist somit relevant, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs verhältnismäßig konstant ist, das Gaspedal vorzugsweise nicht mehr als 50% niedergedrückt und der Einstellwert des Motordrehmoments unterhalb eines vorbestimmten Schwellwertes ist. Fahrstudien mit Schwerfahrzeugen haben gezeigt, dass die Sparbetriebsweise bei nicht weniger als 70–80% der Fahrzeuge anwendbar ist; dies zeigt, dass es ein erhebliches Sparpotential gibt, das mittels der Erfindung genutzt werden kann, auch wenn die mittels der Erfindung erzielte Verminderung des Verbrauchs nicht mehr als wenige Prozent beträgt.
In einem untersuchten Beispiel wurde ein Fahrzeug mit einem Gesamtgewicht von 60 t mit einer Geschwindigkeit von 50 km/h gefahren. Das benutzte Getriebe war ein Dreifachgetriebe mit einem Vorgelege-, einem Haupt- und einem Zweiggetriebe mit der Bezeichnung SCANIA GRS900. Der Motor war vom Typ SCANIA DSC11413, und das Fahrzeug wurde auf einem ebenen, waagerechten Straßenabschnitt gefahren, mit Ergebnissen, die in der folgenden Tabelle dargestellt sind:
In der oben beschriebenen Fahrsituation wird der Gang 11 gewählt, um die größtmögliche Kraftstoffersparnis zu erzielen. Wenn das Fahrzeug beispielsweise im Gang 10 gefahren worden wäre, so wäre der spezifische Kraftstoffverbrauch um ungefähr 9% höher gewesen. Mit vorbekannten Steuersystemen wäre das Fahrzeug wahrscheinlich in diesem Gang gefahren worden, was in diesem spezifischen Fall einen erheblich höheren Kraftstoffverbrauch für die Fahrt ergeben haben würde.

Claims

Verfahren zum Steuern eines automatischen Getriebes, – bei dem die erforderliche Antriebsleistung (F) auf Grundlage des berechneten Fahrwiderstandes bei der herrschenden Fahrgeschwindigkeit und unter den herrschenden Betriebsbedingungen bestimmt wird, – die für das Fahren möglichen Zahnradkombinationen bestimmt werden, – die möglichen Zahnradkombinationen hinsichtlich des abgegebenen Drehmoments und der zulässigen Motordrehzahl überwacht werden, – die Betriebspunkte für die möglichen und zulässigen Zahnradkombinationen bestimmt werden, – der spezifische Kraftstoffverbrauch an den genannten Betriebspunkten bestimmt, die Zahnradkombination mit dem niedrigsten spezifischen Kraftstoffverbrauch ausgewählt, und ein Steuersignal für den Gangwechsel abgegeben wird, – dadurch gekennzeichnet, dass die Gangwechselzeiten für die verschiedenen Zahnradkombinationen berechnet und in die Berechnung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs einbezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrwiderstand und/oder das Fahrzeuggewicht im Betrieb auf Grundlage von Fahrdaten des Fahrzeugs berechnet wird/werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als Sparmodus initiiert wird, nachdem die Veränderung von Fahrparametern wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Gaspedalstellung usw. während einer bestimmten Zeitspanne unterhalb eines bestimmten Schwellenwertes geblieben ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechsel zu einer neuen Zahnradkombination erst nach einer bestimmten Zeitspanne initiiert werden kann.
Einrichtung zum Steuern eines automatischen Getriebes, die eine Steuereinheit enthält, welche dazu eingerichtet ist: – die nötige Antriebsleistung F auf Grundlage des berechneten Fahrwiderstandes bei der herrschenden Fahrgeschwindigkeit und unter den herrschenden Betriebsbedingungen zu bestimmen, – mögliche Zahnradkombinationen für das Fahren zu bestimmen, – mögliche Zahnradkombinationen mit Rücksicht auf das abgegebene Drehmoment und die zulässige Motordrehzahl zu überwachen, – die Betriebspunkte für die möglichen und zulässigen Zahnradkombinationen zu bestimmen, – den spezifischen Kraftstoffverbrauch für diese Betriebspunkte zu bestimmen, – die Zahnradkombination mit dem geringsten spezifischen Kraftstoffverbrauch auszuwählen, und – ein Steuersignal für das Einlegen des gewählten Ganges auszusenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, die Gangwechselzeiten für die verschiedenen Zahnradkombinationen zu berechnen und sie in die Berechnung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs einzubeziehen.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, auf Grundlage von Fahrdaten für das Fahrzeug den Fahrwiderstand und/oder das Fahrzeuggewicht während des Betriebes zu berechnen.