DE69903483T2

DE69903483T2 - Steuerung des Motorschwungraddrehmoments

Info

Publication number: DE69903483T2
Application number: DE69903483T
Authority: DE
Inventors: Thomas Alan Genise
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1998-02-20
Filing date: 1999-02-13
Publication date: 2003-08-14
Anticipated expiration: 2019-02-14
Also published as: EP0937602A1; EP0937602B1; CN1226486A; BR9900498A; CN1131795C; US6052638A; DE69903483D1; JPH11278104A

Description

Hintergrund der Erfindung

Zugehörige Anmeldungen

Diese Anmeldung steht mit der parallel anhängigen EP-A-0774374 mit dem Titel POWERTRAIN TORQUE CONTROL (Drehmomentsteuerung im Antriebsstrang) in Beziehung.

Gebiet der Erfindung

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Steuersystem/Verfahren zum Beschränken des auf Kraftfahrzeugantriebsstränge ausgeübten Drehmoments. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind insbesondere Steuerungen für Kraftfahrzeugantriebsstränge mit einem elektronisch gesteuerten Motor und einer Kraftübertragung mit beschränkter Drehmomentübertragungskapazität, wobei der Wert eines Steuerparameters, der Betriebsbedingungen kennzeichnet, bei denen möglicherweise unerwünscht hohe Drehmomentlasten in dem Antriebsstrang auftreten können (das betrifft beispielsweise den eingelegten Gang und/oder die Fahrzeuggeschwindigkeit), überwacht werden und bei dem das Motorausgangswellen(Schwungrad)drehmoment beim Auftreten von solchen Betriebsbedingungen beschränkt wird, die potentiell unerwünscht hohe Antriebsstrangdrehmomentbelastungen kennzeichnen. Spezieller bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Steuerungen zum Beeinflussen des Motorschwungraddrehmoments zum Schutz des Fahrzeugantriebstrangs, während anderen Motordrehmomentparametern, wie beispielsweise dem Zubehördrehmoment, gestattet wird, erforderliche Werte anzunehmen.

Beschreibung des Stands der Technik

Aus dem Stand der Technik sind Kraftfahrzeugantriebsstränge für Fahrzeuge mit Kraftstoff gesteuerten Motoren, wie beispielsweise Dieselmotoren, und Antriebssträngen mit vielgängigen Gangwechselgetrieben und Antriebsachsen bekannt. Beispiele solcher Kraftfahrzeugantriebsstränge und deren Komponenten sind aus den US-Patenten Nr. 3 105 395, 3 448 635, 4 361 060, 4 977 972, 4 595 986, 5 033 795 und 5 305 213 bekannt.
Elektronisch gesteuerte Motoren, die eine Motormikroprozessorsteuerung beinhalten und die mit anderen Fahrzeugsystemen oder -steuerungen, wie beispielsweise einem Getriebecontroller, über elektronische Datenverbindungen kommunizieren, sind aus dem Stand ebenfalls bekannt. Typischerweise arbeiten der Motorcontroller und die Datenverbindung gemäß einem Standardindustrieprotokoll, wie beispielsweise dem SAE J-1922, SAE J-1939, ISO 11898 oder ähnlichem. Dem Stand der Technik gemäße Antriebsstrangsysteme sind insofern nicht vollständig zufriedenstellend, als sie für die überwiegende Mehrzahl von Betriebsbedingungen überdimensioniert sind, wenn sie zur Übertragung der maximalen Drehmomentbelastung bei Langsambetrieb ausgelegt sind, während sie, wenn sie so dimensioniert sind, dass sie normalerweise erwartete Drehmomentlasten ertragen, bei Langsambetrieb beschädigt werden, wenn der Motor ein maximales Drehmoment oder einen "Drehmomentausbruch" abgibt.
Steuersysteme, die einen Motordrehmoment, beispielsweise einen Motorgesamtdrehmomentwert, steuern, um den Fahrzeugantriebsstrang zu schützen, sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie aus dem US-Patent Nr. 5 679 096 und der vorgenannten EP-A-0774374 ersichtlich wird, die die Merkmale des Ober begriffs des Anspruchs 1 offenbart.
Diese Steuersysteme für das Motordrehmoment stellen insoweit nicht ganz zufrieden, als ein von dem Schwungraddrehmoment verschiedener Steuerparameter (wie beispielsweise das Motorgesamtdrehmoment) gesteuert wird, wodurch unnötigerweise die Fähigkeit des Motors zur Drehmomenterzeugung zum Antrieb von Hilfsaggregaten und/oder Drehmoment zur Überwindung der Motorreibung beschränkt wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Nachteile des Stands der Technik minimiert, indem eine Antriebsstrangsteuerung vorgesehen wird, die den Wert ein oder mehrerer Steuerparameter überwacht und diesen Wert oder die Werte mit einem oder mehreren Referenzwerten vergleicht, die so ausgewählt sind, dass sie das Vorliegen möglicherweise unerwünscht, hoher Drehmomentbelastungen des Antriebsstrangs kennzeichnen. Wenn festgestellt wird, dass Betriebsbedingungen vorliegen, die unerwünscht hohe Anstriebsstrangdrehmomentbelastungen zur Folge haben können, wird das Ausgangsdrehmoment des Motors, insbesondere das Drehmoment an dem Motorschwungrad (d. h. das "Motor schwungraddrehmoment") auf einen Wert beschränkt, der kleiner ist als sein maximales Ausgangsdrehmoment. Vorzugsweise ist der Motor ein elektronisch gesteuerter Motor, der über eine elektronische Datenverbindung unter Nutzung eines Standardindustrieprotokolls, wie beispielsweise SAE J-1922, SAE J-1939, ISO 11898 oder ähnlichem kommuniziert und der eine oder mehrere drehmomentbeschränkende Steuerbetriebsarten hat.
Wie unter Fachleuten bekannt und in den aufgelisteten Standardindustrieprotokollen spezifiziert ist, sind elektro nische Motoren typischerweise in vier Betriebsarten betreibbar, von denen eine eine drehmomentbeschränkte Betriebsart ist, in der die Motor ECU über einen Datenbus einen Befehl empfängt, der ein maximales Motorgesamtdrehmoment einfordert. Die Beschränkung des Motorgesamtdrehmoments (TEG) schützt den Antriebsstrang, neigt aber dazu, das zur Überwindung der Motorreibung und/oder zum Antrieb von motorbetriebenem Zubehör verfügbare Drehmoment unnötigerweise zu beschränken. Durch Beschränkung des Motorschwungraddrehmoments (TFW) kann der Antriebsstrang ohne Inkaufnahme dieser Nachteile geschützt werden.
Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes Steuerverfahren/System für Kraftfahrzeugantriebsstränge zu schaffen, das bei solchen Betriebsbedingungen, wie beispielsweise niedrigem Getriebegang und/oder langsamer Fahrzeuggeschwindigkeit, bei denen das volle Schwungradmotorausgangsdrehmoment eine unerwünscht hohe Drehmomentlast im Antriebsstrang zur Folge haben kann, das Motorschwungraddrehmoment reduziert, während die anderweitige Fähigkeit des Motorsdrehmoment zur Überwindung der Motorreibung und/oder zum Antrieb von motorbetriebenem Zubehör nicht beschränkt ist.
Diese und andere Aufgaben und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden durch das Studium der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen ersichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebsstrangsystems.
Fig. 2 ist eine schematische Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung in Form eines Flussbildes.
Fig. 3 ist eine schematische Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Form eines Flussbildes.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Ein typischer Kraftfahrzeugantriebsstrang 10 für ein Landfahrzeug, wie beispielsweise einen Schwerlast-LKW, ist in Fig. 1 schematisch veranschaulicht. Zu dem Antriebsstrang 10 gehört eine Kraftübertragung 11, der von einem Primärantrieb 12, wie beispielsweise einem wohl bekannten Dieselmotor angetrieben ist. Zu der Kraftübertragung 11 gehört ein mehrgängiges Gangwechselgetriebe 14, das über eine normalerweise eingerückte Hauptkupplung 16 mit dem Motor 12 verbunden ist und eine Ausgangswelle 18 auf weist, die mit einem Endabtrieb 19, wie beispielsweise einem Verteilergetriebe und/oder einer Antriebsachse verbunden ist. Die Kurbelwelle 20 des Motors 12 treibt die Eingangselemente 22 der Kupplung 16, die mit Ausgangselementen 24 reibungsmäßig in und außer Eingriff zu bringen sind, die mit der Getriebeeingangswelle 26 verbunden sind. Eine manuelle oder automatische Steuerung 27 steuert das Ein- und Ausrücken der Kupplung 16. Das Getriebe 14 ist vorzugsweise ein Getriebe mit sieben bis achtzehn Vorwärtsgängen und kann durch einen manuellen Schalthebel 28, der auf ein Schaltstangengehäuse oder einen Schaltwellenmechanismus 29 arbeitet, betätigt werden.
Eine Überwachungseinrichtung 30 für das Fahrpedal überwacht die Stellung oder Auslenkung des Fahrpedals 32 und liefert ein Ausgangssignal 34, das diese kennzeichnet. Zu dem Motor 12 gehört ein Controller, vorzugsweise ein auf einem Mikroprozessor basierender Controller 36, der über eine elektronische Datenverbindung DL kommuniziert und dazu dient, den Motor gemäß über die Datenleitung empfangenen Befehlen mit Kraftstoff zu beliefern. Typischerweise fordern die Befehle eine Kraftstoffbelieferung ein, die den Fahrpedalvorgaben des Fahrers entspricht oder eine gewünschte Motordrehzahl und/oder ein maximales Ausgangsdrehmoment (beispielsweise am Schwungrad) erzielt.
Ein auf einem Mikroprozessor basierender Systemcontroller 48 empfängt Eingangssignale, wie beispielsweise ein Signal 34 von dem Fahrpedalsensor, ein Signal GR von dem Sensor 54 für die eingelegte Gangstufe und/oder ein Signal OS von einem Sensor 56 für die Ausgangswellendrehzahl und verarbeitet dieselben gemäß vorbestimmter logischer Regeln, um Befehlsausgangssignale 52 zu erzeugen, zu denen Signale auf der Datenverbindung DL zu dem Motorcontroller 36 gehören.
Angenommen, dass der Antriebsstrang 11 so konfiguriert und bemessen ist, dass er eine Drehmomentlast ertragen kann, die geringer ist als die maximal mögliche Drehmomentbelastung bei niedrigen Getriebegängen und maximalen Motorausgangsdrehmomenten (Drehmomentausbrüchen), sollte ein Schutz für den Antriebsstrang geschaffen werden.
Um einen Antriebsstrang zu schaffen, der ökonomisch bemessen ist und der bei möglichen Betriebsbedingungen mit ungewöhnlicher, außerordentlich hoher Drehmomentbelastung geschützt ist, wird ein Steuerparameter (wie beispielsweise die eingerückte Getriebegangstufe (GR) und/oder die Fahrzeuggeschwindigkeit (erfasst als Ausgangswellendrehzahl OS)) erfasst und mit einem Referenzwert verglichen, der den Wert des Steu erparameters bei Betriebsbedingungen mit potentiell schädigend hohem Antriebsstrangdrehmoment kennzeichnet.
Wenn beispielsweise der eingerückte Gang nicht größer ist als der niedrige Gang und/oder wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit nicht größer als 4 mph ist, sollte das Motorausgangsdrehmoment auf einen Wert beschränkt werden, der geringer ist als das maximale Ausgangsdrehmoment, um den Fahrzeugantriebsstrang zu schützen.
Die Grenzen des Motorausgangsdrehmoments können mit dem Wert des Steuerparameters variieren. Wird beispielsweise ein Motorausgangsdrehmomentausbruch von 150% des Nennausgangsdrehmoments bei einem eingerückten Gang hoher Untersetzung (wie beispielsweise größer als 12 : 1) angenommen, kann das maximale Motorausgangsdrehmoment auf 100% des Nennausgangsdrehmoments begrenzt werden, während das Einrücken von einem Gang mit einer Untersetzung von ungefähr 10 : 1 eine Beschränkung des maximalen Motorausgangsdrehmoments auf 120% des Nennausgangsdrehmoments und das Einlegen eines Gangs mit einer Untersetzung von weniger als 10 : 1 keine Begrenzung des Motorausgangsdrehmoments erfordert.
Fig. 2 ist eine Flussbilddarstellung des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens/Systems.
Verwandte Systeme sind aus dem US-Patent Nr. 5 679 096 ersichtlich.
Das Fahrzeug ist vorzugsweise mit einer elektronischen Datenverbindung der Bauart ausgerüstet, die einem Standardindustrieprotokoll, wie beispielsweise SAE J-1922 oder J-1939 entspricht.
Wie aus den US-Patenten Nr. 5 509 867, 5 582 069, 5 620 392 und 5 620 558 ersichtlich ist, kann in solchen Fahrzeugen ein Wert bestimmt werden, der gleich dem Motorschwungraddrehmoment (TFW) ist oder diesen annähert. Dieser kann unter Nutzung der folgenden Gleichung bestimmt werden
TEG = TFW + TBEF + TACCES + TACCEL,
wobei:
TEG = Motorgesamtdrehmoment,
TFW = Motorschwungraddrehmoment,
TBEF = Motorgrundreibmoment (schließt das Drehmoment zur Überwindung der inneren Motorreibung und das Drehmoment zum Antrieb der vom Motorhersteller installierten Zubehöraggregate (z. B. Wasserpumpe, Ölpumpe usw.) ein),
TACCES = Zubehördrehmoment (Drehmoment zum Betrieb von Fahrzeugzubehör wie beispielsweise Klimaanlage, Ventilatoren, Lampen usw.) und
TACCEL = Drehmoment zur Beschleunigung des Motors, berechnet aus der Motorbeschleunigung oder -verlangsamung und dem Trägheitsmoment (I) des Motors.
Über die Datenverbindung sind Augenblickswerte für das Motorgesamtdrehmoment (TEG) und die Motorgrundreibung (TBEF) verfügbar. TACCEL ist durch die erfasste Motorbeschleunigung (die negativ sein kann) und ein kalibriertes Trägheitsmoment (I) des Motors bestimmt. Das Zubehördrehmoment (TACCES) ist ein fortwährend bestimmter Wert, der als Nettomotordrehrnoment (d. h. TEG - TBEF) genommen werden kann, wenn das Fahrzeug im Leerlauf mit Getriebe im Leergang steht, und er steht mit der Motorverlangsamungsgeschwindigkeit in einem bekannten, im Wesentlichen linearen, Zusammenhang, wenn das Fahrzeug fährt.
Entsprechend ist ein adaptives Steuersystem/Verfahren für ein mechanisches Getriebesystem eines Kraftfahrzeugs geschaffen, das den Wert eines Steuerparameters (TFW), der das Schwungraddrehmoment kennzeichnet, kontinuierlich aktualisiert.
Wenn das Schwungraddrehmoment (TFW) bestimmt werden kann, ist anstelle des Motorgesamtdrehmoments dieses der Wert, der kontrolliert werden sollte, um den Fahrzeugantriebsstrang zu schützen, ohne die Fähigkeit des Motors zum Betrieb motorgetriebener Zubehöraggregate, zur Überwindung der Reibung und ähnlichem, zu begrenzen. Dies ist ein besonders wichtiger Aspekt für guten Betrieb des Fahrzeugs mit niedriger Geschwindigkeit, wobei viel Motordrehmoment erforderlich ist, um den Motor zu beschleunigen.

Claims

1. Verfahren zum Steuern eines Fahrzeug-Antriebsstrangsystems (10) eines Kraftfahrzeugs mit einem Kraftstoff gesteuerten Motor (12), der mit einem Antriebsstrang (11) antriebsmäßig verbunden ist, das ein vielstufiges Gangwechselgetriebe (14) und eine Antriebsachse (19) umfasst,

- wobei der Motor ein maximales Ausgangsdrehmoment sowie eine Motorsteuerung aufweist, die auf Befehlssignale zur Steuerung der Kraftstoffbelieferung des Motors anspricht und in wenigstens einer Betriebsart dazu dient, das Motorgesamtdrehmoment zu begrenzen,

- wobei der Antriebsstrang eine vorbestimmte maximale Drehmomentbelastbarkeit aufweist,

- wobei der Antriebsstrang so konfiguriert ist, dass eine erwartete Drehmomentbelastung des Antriebsstrangs unter einem vorbestimmten Satz von Antriebsstrangbetriebsbedingungen, die durch ein Motorausgangsdrehmoment definiert sind, das gleich oder kleiner als das maximale Motordrehmoment sind, und zu denen der Getriebegang gehört, die maximale Drehmomentbelastbarkeit überschreitet und

- bei dem der Wert eines Steuerparameters, der den eingelegten Getriebegang kennzeichnet, erfasst wird dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

- Bestimmen eines Werts eines Steuerparameters, der das Motorschwungraddrehmoment kennzeichnet, als Funktion des Motorgesamtdrehmoments und

- veranlassen, dass die Motorsteuerung das Motorgesamtdrehmoment auf einen Wert begrenzt, der einem Motorschwungraddrehmoment entspricht, das als Funktion des eingelegten Getriebegangs bestimmt worden ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Motorsteuerung auf einem Mikroprozessor basiert und über eine elektronische Datenverbindung kommuniziert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Getriebe manuell geschaltet ist.

4. System zum Steuern eines Fahrzeug-Antriebsstrangsystems (10) mit

- einem Kraftstoff gesteuerten Motor (12) der mit einem Fahrzeugantriebsstrang (11) antriebsmäßig verbunden ist, der ein mehrgängiges Gangwechselgetriebe (14) und eine Antriebsachse (19) enthält,

- wobei der Motor ein maximales Schwungraddrehmoment und eine Motorsteuerung aufweist, die auf Befehlssignale anspricht, um die Kraftstoffbelieferung des Motors zu steuern und in wenigstens einer Betriebsart dazu dient, das Motorgesamtdrehmoment zu begrenzen,

- wobei der Antriebsstrang so konfiguriert ist, dass eine erwartete Drehmomentbelastung des Antriebsstrangs unter einem vorbestimmten Satz von Antriebsstrangbetriebsbedingungen, die durch den eingelegten Getriebegang und das Motorgesamtdrehmoment festgelegt sind, das kleiner als das oder gleich dem maximalen Motorausgangsdrehmoment ist, die vorbestimmte maximale Drehmomentbelastbarkeit übersteigt und

- Mittel zur Erfassung des Werts eines Steuerparameters der einen eingerückten Getriebegang kennzeichnet, wobei das System gekennzeichnet ist durch

- Mittel zum Bestimmen des Werts eines das gegenwärtige Motorschwungraddrehmoment (TFW) kennzeichnenden Steuer parameters als eine variable Funktion des Motorgesamtdrehmoments,

- und Mittel die die Motorsteuerung veranlassen, das Motorschwungraddrehmoment zu begrenzen, indem das Motorschwungraddrehmoment auf einen Motorschwungraddrehmomentwert begrenzt wird, der sich als eine Funktion des eingerückten Getriebegangs ergibt.

5. System nach Anspruch 4, bei dem die Motorsteuerung eine mikroprozessorbasierte Steuerung ist, die über eine elektronische Datenverbindung kommuniziert.

6. System nach Anspruch 4, bei dem das Getriebe ein manuell schaltbares Getriebe ist.