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Dokumentenidentifikation DE102005051145A1 03.05.2007
Titel Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs
Anmelder DaimlerChrysler AG, 70327 Stuttgart, DE
Erfinder Bergmann, Dieter, Dipl.-Ing., 70499 Stuttgart, DE;
Korherr, Gerd, 71364 Winnenden, DE;
Neft, Klaus, Dipl.-Ing. (FH), 73655 Plüderhausen, DE;
Tietze, Frank, 70184 Stuttgart, DE
DE-Anmeldedatum 26.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005051145
Offenlegungstag 03.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.05.2007
IPC-Hauptklasse F16D 48/08(2006.01)A, F, I, 20060608, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B60W 30/18(2006.01)A, L, I, 20060608, B, H, DE   B60W 10/02(2006.01)A, L, I, 20060608, B, H, DE   B60W 10/04(2006.01)A, L, I, 20060608, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung geht aus von einem Verfahren, bei welchem in einem Anfahrmodus ein Schlupf zwischen Antriebsrädern und Fahrbahn mittels einer Ansteuerung einer automatisierten Kupplung auf einen Soll-Wert eingeregelt wird. Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren vorzuschlagen, welches ein Anfahren mit maximaler Fahrzeugbeschleunigung ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird zur Ermöglichung einer maximalen Fahrzeugbeschleunigung im Anfahrmodus der Soll-Schlupf an den Antriebsrädern (21) auf einen relativen Schlupf-Wert festgelegt, bei welchem ein Reibungskoeffizient zwischen den Antriebsrädern und der Fahrbahn im Bereich seines Maximalwerts liegt. Damit kann eine maximale Antriebskraft auf das Fahrzeug wirken, womit eine maximale Beschleunigung ermöglicht wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 9.

Die DE 44 09 122 A1 beschreibt ein Verfahren zum Regeln einer Anfahreinrichtung eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug weist eine Antriebsmaschine in Form eines Motors, ein Getriebe, ein zwischen Antriebsmaschine und Getriebe angeordnete automatisierte Kupplung und Antriebsräder auf, welche mit einer Getriebeausgangswelle des Getriebes in Antriebsverbindung stehen. Ein Anfahrvorgang des Kraftfahrzeugs wird in zwei Phasen durchgeführt. In einer ersten Phase wird die Eingangsdrehzahl auf eine Solldrehzahl hingeführt. In einer sich anschließenden zweiten Phase wird eine Differenz zwischen Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl entlang einem Sollverlauf bis zum Wert Null nachgeführt. Die Kupplung wird also vollständig geschlossen.

Bei dem beschriebenen Verfahren erfolgen Eingriffe in die Ansteuerung der Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs. Diese Anforderungen können erst nach einer gewissen Reaktionszeit umgesetzt werden, so dass sich bei dem Verfahren zur Ansteuerung der Anfahreinrichtung ebenfalls Reaktionszeiten ergeben.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, welches ein Anfahren mit maximaler Fahrzeugbeschleunigung ermöglicht. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Des Weiteren ist es die Aufgabe der Erfindung, ein verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, mittels welchem eine bewusste Aktivierung eines Anfahrmodus ohne zusätzlichen Kostenaufwand möglich ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.

Erfindungsgemäß wird zur Ermöglichung einer maximalen Fahrzeugbeschleunigung in einem von einem Normalmodus abweichenden Anfahrmodus ein Soll-Schlupf an den Antriebsrädern durch Änderung des übertragbaren Drehmoments der Kupplung eingeregelt. Der Soll-Schlupf wird auf einen relativen Schlupf-Wert festgelegt, bei welchem ein Reibungskoeffizient zwischen den Antriebsrädern und der Fahrbahn im Bereich seines Maximalwerts liegt.

Der relative Schlupfwert wird gebildet aus der Drehzahl der Antriebsräder und der Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Fahrzeuggeschwindigkeit kann beispielsweise aus den Drehzahlen der nicht angetriebenen Fahrzeugräder bestimmt werden. Um Drehzahlunterschiede bei Kurvenfahrt auszugleichen, kann jeweils der Mittelwert der angetriebenen und nicht angetriebenen Fahrzeugräder verwendet werden. Damit kann der relative Schlupfwert s_rad in [%] nach folgender Formel berechnet werden: s_rad = (n_an – n_nan)/n_nan·100% wobei:

n_an
= Drehzahl der Antriebsräder in [1/min],
n_nan
= Drehzahl der nicht angetriebenen Fahrzeugräder in [1/min].

Unter der Voraussetzung, dass die Antriebsmaschine so leistungsstark ist, dass sie die Antriebsräder zum Durchdrehen bringen kann, kann die maximal mögliche Beschleunigung nicht dadurch erreicht werden, dass das maximale Drehmoment der Antriebsmaschine auf die Antriebsräder übertragen wird. Um eine maximale Beschleunigung des Kraftfahrzeugs beim Anfahren zu erreichen, muss das Kraftfahrzeug eine maximale Antriebskraft oder ein maximales Drehmoment gegenüber der Fahrbahn aufbringen bzw. abstützen. Das maximal mögliche Drehmoment kann dann abgestützt werden, wenn der Reibungskoeffizient zwischen Antriebsrädern und Fahrbahn maximal ist. Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, dass der Reibungskoeffizient bei einem optimalen Schlupf zwischen Antriebsrädern und Fahrbahn maximal ist.

Durch Einregeln des Schlupfs auf einen Soll-Schlupf, welcher dem optimalen Schlupf entspricht, kann eine maximale Antriebskraft für das Kraftfahrzeug erreicht werden. Diese maximale Antriebskraft führt zu einer maximal möglichen Beschleunigung des Kraftfahrzeugs.

In Ausgestaltung der Erfindung ist der Soll-Schlupf in einer Phase des Anfahrvorgangs konstant. In dieser Phase, welche beispielsweise kurz nach dem Beginn des Anfahrvorgangs startet, wird der Soll-Schlupf auf einen Wert (s_rad_opt) eingestellt, bei dem der Reibungskoeffizient seinen Maximalwert erreichen sollte. Der Schlupfwert liegt dabei insbesondere zwischen 10 und 15%.

In Ausgestaltung der Erfindung wird der Soll-Schlupf im Anfahrmodus zu Beginn des Anfahrvorgangs auf einen Anfangswert festgelegt, welcher sicher größer ist als ein zum Maximalwert des Reibungskoeffizienten zugehöriger Schlupfwert. Der Verlauf des Reibungskoeffizienten über dem Schlupf zwischen Antriebsrädern und Fahrbahn weist einen charakteristischen Verlauf auf. Ausgehend von einem Wert von 0 bei einem Schlupf von 0 steigt der Reibungskoeffizient steil bis zu seinem Maximalwert an. Ausgehend vom Maximalwert sinkt der Reibungskoeffizient nur langsam mit steigendem Schlupf ab. Durch die Einstellung eines Soll-Schlupfs, welcher sicher größer ist als der Schlupfwert beim Maximalwert des Reibungskoeffizienten, wird sichergestellt, dass sich der tatsächliche Schlupfwert sicher nicht im steil ansteigenden Teil des Verlaufs befindet. Damit wird sichergestellt, dass auch bei einer ungenauen Einstellung des Soll-Schlupfs zu Beginn des Anfahrvorgangs ein hoher Reibungskoeffizient erreicht wird. Dies führt zu einer hohen Prozesssicherheit.

Im Verlauf des Anfahrvorgangs kann der Soll-Schlupf in Richtung auf den optimalen Soll-Schlupf verändert werden. Sobald der optimale Soll-Schlupf erreicht ist, wird er anschießend konstant gehalten.

In Ausgestaltung der Erfindung ist der Soll-Schlupf von einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs abhängig. Insbesondere nimmt der Soll-Schlupf mit steigender Geschwindigkeit ab. Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, dass bei niedrigen Geschwindigkeiten der optimale Schlupfwert für einen maximalen Reibungskoeffizienten größer ist als bei höheren Geschwindigkeiten. Durch die Geschwindigkeitsabhängigkeit des Soll-Schlupfs kann damit immer der maximale Reibungskoeffizient erreicht werden.

In Ausgestaltung der Erfindung wird das abgegebene Drehmoment der Antriebsmaschine so eingestellt, dass ein Kupplungsschlupf an der Kupplung innerhalb eines festlegbaren Bereichs liegt. Der Kupplungsschlupf wird insbesondere auf einen Soll-Wert innerhalb des genannten Bereichs geregelt. Der Kupplungsschlupf ergibt aus der Differenz der Drehzahlen am Ein- und Ausgang der Kupplung. Die Drehzahl am Eingang der Kupplung entspricht dabei der Drehzahl der Antriebsmaschine und die Drehzahl am Ausgang der Kupplung entspricht der Drehzahl am Eingang des Getriebes.

Wie bereits ausgeführt, wird die überschüssige Leistung der Antriebsmaschine an der Kupplung in Wärme umgesetzt. Zur Vermeidung einer Überhitzung der Kupplung muss diese Wärme von der Kupplung abgeführt werden. Durch das Einstellen des Kupplungsschlupfs in einen festgelegten Bereich wird die anfallende Wärmemenge begrenzt. Der Bereich liegt beispielsweise zwischen 20 und 100 U/min Schlupf. Damit wird zum einen eine Beschädigung der Kupplung verhindert und zum anderen kann die Kühlung der Kupplung auf eine geringere Kühlleistung ausgelegt werden. Damit können Kosten und Bauraum eingespart werden.

Erfindungsgemäß wird der Anfahrmodus aktiviert, wenn ein Fahrdynamiksystem des Kraftfahrzeugs von einem Fahrzeugführer deaktiviert und ein Bedienelement betätigt wird. Das Fahrdynamiksystem ist so ausgeführt, dass es einen übermäßigen Schlupf zwischen den Antriebsrädern und der Fahrbahn, also ein Durchdrehen der Antriebsräder verhindert. Das Fahrdynamiksystem kann auch weitere Funktionen aufweisen, wie beispielsweise ein gezieltes Abbremsen von einzelnen Fahrzeugrädern, um so ein Schleudern des Kraftfahrzeugs zu verhindern. Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es ausreichend, wenn die Funktion des Fahrdynamiksystems deaktiviert wird, welche einen übermäßigen Schlupf an den Antriebsrädern verhindert. Bei Fahrzeugen mit Fahrdynamiksystem ist es üblich, dass sie einen Taster oder Schalter zur Deaktivierung dieser Funktion aufweisen.

Das Bedienelement, welches vom Fahrzeugführer betätigt werden müssen, dient auch zur Bedienung anderer Funktionen. So können beispielsweise mit dem Bedienelement Funktionen einer Klimaanlage oder des Getriebes bedient werden.

Insbesondere dient das Bedienelement dazu, Schaltungen im Getriebe anzufordern. Das Bedienelement ist dazu insbesondere am Lenkrad angeordnet. Das Bedienelement kann insbesondere als Taster ausgeführt sein, bei dessen Betätigung eine Hoch- oder eine Rückschaltung im Getriebe angefordert wird.

Es ist ebenfalls möglich, dass das Bedienelement zur Deaktivierung des Fahrdynamiksystems dient. In diesem Fall müsste das Bedienelement zur Aktivierung des Anfahrmodus mindestens zwei Mal vom Fahrzeugführer betätigt werden. Um Fehlbedienungen zu vermeiden, könnte die Aktivierung nur dann erfolgen, wenn die mehrmalige Betätigung innerhalb einer festlegbaren Zeitspanne erfolgt.

Damit muss zur Aktivierung des Anfahrmodus kein zusätzliches Bedienelement vorgesehen werden. Zusätzliche Bedienelemente benötigen Bauraum, stellen weitere Fehlerquellen dar, sind kostenaufwändig und können dazu führen, dass das Cockpit des Kraftfahrzeugs unübersichtlich wird. Das Deaktivieren des Fahrdynamiksystems als ersten Schritt der Aktivierung des Anfahrmodus ist für den Fahrzeugführer nachvollziehbar, da damit auch ohne aktiven Anfahrmodus ein erhöhter Schlupf an den Antriebsrädern zugelassen wird.

In Ausgestaltung der Erfindung müssen zur Aktivierung des Anfahrmodus zwei Bedienelemente gleichzeitig betätigt werden. Mit den beiden Bedienelementen können beispielsweise ansonsten Rückschaltungen und Hochschaltungen im Getriebe angefordert werden. Damit wird die Wahrscheinlichkeit einer ungewollten Aktivierung des Anfahrmodus weiter verringert.

In Ausgestaltung der Erfindung wird die Aktivierung des Anfahrmodus mittels eines Anzeigeelements angezeigt. Das Anzeigelement kann beispielsweise als ein Display im Blickfeld des Fahrzeugführers ausgeführt sein, auf welchem auch weitere Informationen, wie beispielsweise eine Stellung eines Wählhebels, angezeigt werden können. Damit wird die Möglichkeit, dass der Anfahrmodus unbeabsichtigt ausgewählt wird, weiter verringert.

In Ausgestaltung der Erfindung wird der Anfahrmodus nur dann aktiviert, wenn während der Deaktivierung des Fahrdynamiksystems und der Betätigung des Bedienelements eine Bremse des Kraftfahrzeugs aktiviert ist. Insbesondere muss eine Betriebsbremse durch den Fahrzeugführer betätigt werden. Es ist aber auch möglich, dass eine Zusatzbremse, beispielsweise in Form einer Feststellbremse betätigt sein kann. Die Betätigung der Bremse kann durch geeignete Sensoren festgestellt werden. Nach der Aktivierung des Anfahrmodus erfolgt dann eine Freigabe des Anfahrmodus, ab der über die Kupplung ein Drehmoment übertragen wird, das Kraftfahrzeug also beschleunigt wird, wenn die Betätigung der Bremse durch den Fahrzeugführer beendet wird und gleichzeitig ein vom Fahrzeugführer eingestelltes Leistungsanforderungssignal größer als eine erste Freigabeschwelle ist.

Die Beendigung der Bremsbetätigung kann erkannt werden, wenn die Bremse vollständig vom Fahrzeugführer gelöst wurde. Es ist aber auch möglich, dass ein Betätigungsgrad der Bremse ermittelt wird und die Beendigung bereits erkannt wird, wenn der Betätigungsgrad kleiner als eine Schwelle wird.

Die erste Freigabeschwelle liegt dabei insbesondere nahe oder entspricht einem maximalen Leistungsanforderungssignal, beispielsweise 95–100%. Der Fahrzeugführer stellt das Leistungsanforderungssignal beispielsweise mittels eines Fahrpedals ein. Das Leistungsanforderungssignal wird beispielsweise von einer Steuerungseinrichtung der Antriebsmaschine als ein Sollwert für ein abgegebenes Drehmoment der Antriebsmaschine interpretiert.

Das Lösen der Bremse bei gleichzeitig großem Leistungsanforderungssignal dient also als Signal, das Kraftfahrzeug aus dem Stand zu beschleunigen. Dies entspricht auch dem normalen Vorgehen des Fahrzeugführers, wenn er ein Anfahren mit hoher Beschleunigung wünscht. Die Reaktion des Kraftfahrzeugs ist damit für ihn nicht unerwartet.

Falls das Leistungsanforderungssignal zum Zeitpunkt, bei dem die Bremse gelöst wird, kleiner als die Freigabeschwelle ist, wird der Anfahrmodus deaktiviert und das Kraftfahrzeug wird im Normalmodus beschleunigt. Im Normalmodus wird ein dem Leistungsanforderungssignal entsprechendes abgegebenes Drehmoment der Antriebsmaschine eingestellt und die Kupplung so angesteuert, dass möglichst schnell der Kupplungsschlupf auf Null oder auf einen kleinen Restschlupf abgesenkt wird.

In Ausgestaltung der Erfindung erfolgt nach der Aktivierung die Freigabe des Anfahrmodus dann, wenn das vom Fahrer eingestellte Leistungsanforderungssignal größer als eine zweite Freigabeschwelle ist und das genannte Bedienelement betätigt ist. Die Freigabe kann davon abhängig sein, ob das Bedienelement ab der Aktivierung ununterbrochen betätigt war. Es ist aber auch möglich, dass es für die Freigabe auch erlaubt ist, dass es zwischenzeitlich unbetätigt war.

Die zweite Freigabeschwelle liegt dabei insbesondere nahe oder entspricht einem maximalen Leistungsanforderungssignal, beispielsweise 95–100%. Insbesondere weist das Kraftfahrzeug einen Kickdownschalter auf. Kickdownschalter sind insbesondere in Verbindung mit Automatikgetrieben bekannt, wobei die Betätigung des Kickdownschalters eine Verschiebung von Schaltlinien bewirkt. Der Kickdownschalter wird dann betätigt, wenn der Fahrzeugführer das Fahrpedal über einen kleinen Anschlag, welcher beispielsweise durch den Kickdownschalter gebildet werden kann, hinaus betätigt. Schon bei Erreichen des Anschlags ist die maximale Leistungsanforderung eingestellt. Die Freigabe ist in diesem Fall insbesondere zusätzlich davon abhängig, ob der Kickdownschalter betätigt wird.

Die Zeitspanne zwischen Aktivierung und Freigabe des Anfahrmodus kann genutzt werden, um die bevorstehende Beschleunigung vorzubereiten. Beispielsweise kann die Drehzahl der Antriebsmaschine schon über eine Leerlaufdrehzahl, beispielsweise bis auf 3000 U/min angehoben werden. Die Antriebsmaschine kann bei dieser Drehzahl eine höhere Leistung abgeben als bei Leerlaufdrehzahl. Außerdem ist dann beim anschließenden Beschleunigungsvorgang die erforderliche Energie zum Beschleunigen der trägen Massen der Antriebsmaschine geringer.

Die Aktivierung des Anfahrmodus kann beispielsweise abgebrochen werden, wenn die Betätigung des Bedienelements beendet wird, bevor die Freigabe erfolgt.

Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs,

2 eine zeitliche Darstellung von Signalen bei einem Anfahrvorgang,

3 eine zeitliche Darstellung von Signalen bei einem weiteren Anfahrvorgang und

4 einen Verlauf eines Reibungskoeffizienten zwischen Antriebsrädern und Fahrbahn.

Gemäß 1 verfügt ein Antriebsstrang 10 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs über eine Antriebsmaschine 11, welche von einer Steuerungseinrichtung 12 angesteuert wird. Die Steuerungseinrichtung 12 steht dazu mit nicht dargestellten Stellgliedern, wie beispielsweise einem Drosselklappensteller, und Sensoren, wie beispielsweise Drehzahlsensoren, in Signalverbindung. Die Steuerungseinrichtung 12 steht außerdem mit einem Fahrpedal 13 in Signalverbindung, mittels welchem ein Fahrzeugführer ein Leistungsanforderungssignal einstellen kann. Das Leistungsanforderungssignal wird von der Steuerungseinrichtung 12 als Sollwert für das abzugebende Drehmoment der Antriebsmaschine 11 interpretiert. Am Fahrpedal 13 ist ein Kickdownschalter 30 angeordnet. Der Kickdownschalter 30 wird betätigt, wenn der Fahrzeugführer das Fahrpedal 13 vollständig durchdrückt. Zum Betätigen des Kickdownschalters 30 muss ein kleiner Widerstand überwunden werden. Schon vor Überwinden des Widerstands hat das Leistungsanforderungssignal seinen Maximalwert von 100% erreicht.

Die Antriebsmaschine 11 ist über eine Ausgangswelle 14 mit einer automatisierten Kupplung 31 verbunden. Die Kupplung 31 kann mittels nicht dargestellter Stellglieder betätigt, also geschlossen und geöffnet werden. Damit kann das übertragbare Drehmoment verändert bzw. eingestellt werden. Die Kupplung 31 ist ausgangsseitig über eine Getriebeeingangswelle 32 mit einem automatischen Getriebe 15 verbunden. Das Getriebe 15 und die Kupplung 31 werden von einer Steuerungseinrichtung 16 angesteuert. Mittels nicht dargestellter Sensoren können Drehzahlen an der Kupplung 31 oder im Getriebe 15 erfasst werden. Damit kann auch der Kupplungsschlupf an der Kupplung 31 bestimmt werden.

Die Steuerungseinrichtung 16 steht mit einem Schalthebel 17 in Signalverbindung, mittels welchem der Fahrzeugführer Fahrstufen im Getriebe 15, wie Vorwärts, Rückwärts und Neutral einstellen kann. Darüber hinaus steht die Steuerungseinrichtung 16 mit dem Kickdownschalter 30, mit zwei Betätigungselementen 33a, 33b und einem Anzeigeelement 34 in Signalverbindung. Die Betätigungselemente 33a, 33b sind als Taster ausgeführt und am Lenkrad des Kraftfahrzeugs angeordnet. Die Betätigung des Betätigungselements 33a löst dabei eine Hochschaltung und die Betätigung des Betätigungselements 33b eine Rückschaltung im Getriebe 15 aus. Mittels des Anzeigeelements 34 können Informationen des Getriebes 15, wie beispielsweise die Stellung des Schalthebels 17 oder auch Informationen anderer Steuerungseinrichtung angezeigt werden.

Das Getriebe 15 ist mittels einer Getriebeausgangswelle 18 mit einem Achsgetriebe 19 verbunden, welches auf bekannte Weise das abgegebene Drehmoment der Antriebsmaschine 11 über Seitenwellen 20 auf Antriebsräder 21 überträgt. Das Kraftfahrzeug verfügt außerdem über nicht angetriebene Fahrzeugräder 27, welche mit einer Vorderachse 28 miteinander verbunden sind.

An den Fahrzeugrädern 21, 27 sind Drehzahlsensoren 22 angeordnet, welche mit einer Steuerungseinrichtung 23 in Signalverbindung stehen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nur eine Signalverbindung dargestellt. Mittels der Drehzahlsensoren 22 kann die Steuerungseinrichtung 23 die Drehzahlen der Antriebsräder 21 und der nicht angetriebenen Fahrzeugräder 27 ermitteln. Aus den Drehzahlen bestimmt die Steuerungseinrichtung 23 den relativen Schlupf s_rad der Antriebsräder 21 gegenüber der Fahrbahn.

Die Steuerungseinrichtung 23 steht mit einem Bremspedal 24 über eine Hydraulikleitung 26 in Verbindung, mittels welchem der Fahrzeugführer ein über ein nicht dargestelltes Bremssystem auf das Kraftfahrzeug wirkendes Bremsmoment einstellen kann.

Die Steuerungseinrichtung 23 beinhaltet ein Fahrdynamiksystem, welches einen übermäßigen Schlupf an den Antriebsrädern 21 verhindert. Dazu kann die Steuerungseinrichtung 23 das Bremssystem unabhängig von der Stellung des Bremspedals 24 ansteuern und außerdem das abgegebene Drehmoment der Antriebsmaschine 11 beeinflussen. Das Fahrdynamiksystem kann mittels eines Tasters 35 ein- und ausgeschaltet werden. Dies wird dann im Anzeigelement 34 angezeigt.

Die Steuerungseinrichtungen 12, 16 und 23 stehen untereinander über eine serielle Busverbindung, beispielsweise über einen CAN-Bus, in Signalverbindung. Damit können erfasste Größen, wie beispielsweise die Drehzahl der Antriebsräder 21, der Schlupf s_rad, ausgetauscht oder Anforderungen an eine Steuerungseinrichtung, beispielsweise die Reduktion des abgegebenen Drehmoments der Antriebsmaschine 11 auf Anforderung des Fahrdynamiksystems von der Steuerungseinrichtung 23 an die Steuerungseinrichtung 12, gesendet werden.

In 2 ist ein Anfahrvorgang des Kraftfahrzeugs über der Zeit dargestellt. Während der Fahrzeugführer die Bremse betätigt und das Kraftfahrzeug steht (v = 0 km/h) schaltet er das Fahrdynamiksystem ab (ESP_off wechselt von 0 auf 1). Zum Zeitpunkt t1 betätigt er gleichzeitig beide Bedienelemente, mittels welchen Schaltungen im Getriebe angefordert werden können. Dies wird dann im Anzeigeelement des Kraftfahrzeugs angezeigt. Zwischen dem Zeitpunkt t1 und einem späteren Zeitpunkt t2 betätigt der Fahrzeugführer das Fahrpedal so, dass das Leistungsanforderungssignal (pw) den Wert 100% annimmt und damit größer als eine erste Freigabeschwelle von 95% ist. Als Folge von der Betätigung des Fahrpedals wird an der Antriebsmaschine eine gegenüber einer Leerlaufdrehzahl von ca. 550 U/min erhöhte Drehzahl von ca. 3000 U/min eingestellt. Zum Zeitpunkt t2 lässt der Fahrzeugführer das Bremspedal los und beendet damit die Bremsbetätigung. Damit erfolgt zum Zeitpunkt t2 die Freigabe des Anfahrmodus.

Als Folge davon wird mittels der Kupplung der Schlupf der Antriebsräder s_rad geregelt. Der Schlupf s_rad wird also mittels einer Änderung des übertragenen Drehmoments der Kupplung geregelt. Das übertragene Drehmoment der Kupplung wird durch eine entsprechende Ansteuerung der Stellglieder der Kupplung verändert. Der Soll-Schlupf wird direkt nach der Freigabe des Anfahrmodus auf einen Wert festgelegt, welcher sicher größer ist als der zum Maximalwert &mgr;Rad_max des Reibungskoeffizienten gehörenden Schlupfwert s_rad_opt. Der Anfangswert des Soll-Schlupfs kann beispielsweise 20% betragen. Nachdem der tatsächliche Schlupfwert in etwa auf den Soll-Schlupf eingeregelt ist, wird der Soll-Schlupf entlang einer Rampe auf einen Wert von 12% verändert. Sobald der Soll-Schlupf den Wert von 12% erreicht hat, wird er in der sich anschließenden Phase des Anfahrvorgangs konstant gehalten. Als Folge der Freigabe des Anfahrmodus beschleunigt das Kraftfahrzeug mit maximal möglicher Beschleunigung.

Neben der Regelung des Schlupfs der Antriebsräder wird in einer überlagerten Regelung der Schlupf an der Kupplung durch Veränderung des abgegebenen Drehmoments der Antriebsmaschine geregelt. Dazu wird ein Soll-Wert von ca. 50 U/min eingeregelt.

Der Anfahrmodus wird beendet und in den Normalmodus gewechselt, wenn die Leistung der Antriebsmaschine nicht mehr ausreicht, um den Sollschlupf an den Antriebsrädern einzustellen oder wenn der Fahrzeugführer das Leistungsanforderungssignal bis unter einen Schwellwert verringert.

Bei nicht aktiviertem Anfahrmodus würde die Erhöhung des Leistungsanforderungssignals sofort zu einem Anfahren des Kraftfahrzeugs führen.

In 3 ist ein Anfahrvorgang des Kraftfahrzeugs über der Zeit mit einer Variante der Aktivierung des Anfahrmodus dargestellt. Während der Fahrzeugführer die Bremse betätigt und das Kraftfahrzeug steht (v = 0 km/h) schaltet er das Fahrdynamiksystem ab (ESP_off wechselt von 0 auf 1). Zum Zeitpunkt t1' betätigt er gleichzeitig beide Bedienelemente, mittels welchen Schaltungen im Getriebe angefordert werden können, womit der Anfahrmodus aktiviert wird. Als direkte Folge der Aktivierung des Anfahrmodus wird an der Antriebsmaschine eine gegenüber einer Leerlaufdrehzahl von ca. 550 U/min erhöhte Drehzahl von ca. 3000 U/min eingestellt. Nach der Aktivierung des Anfahrmodus kann der Fahrzeugführer die Bremse lösen oder weiterhin betätigen. Dies hat auf den weiteren Verlauf des Anfahrvorgangs keine Auswirkungen. Zwischen dem Zeitpunkt t1' und einem späteren Zeitpunkt t2' betätigt der Fahrzeugführer das Fahrpedal so, dass der Kickdownschalter zum Zeitpunkt t2' betätigt wird (Kickdown von 0 auf 1). Da dazu das Leistungsanforderungssignal den Wert 100% annehmen muss, ist es zum Zeitpunkt t2' größer als eine zweite Freigabeschwelle von 95%. Da sich zum Zeitpunkt t2' auch beide Bedienelemente betätigt sind (Taster = 1), erfolgt zum Zeitpunkt t2' die Freigabe des Anfahrmodus und die Kupplung wird so angesteuert, dass wie beschrieben eine Regelung des Schlupfs an den Antriebsrädern erfolgt. Nach der Freigabe des Anfahrmodus ist es unerheblich, ob der Fahrzeugführer die Bedienelemente weiterhin betätigt.

In 4 ist ein Reibungskoeffizient &mgr;Rad zwischen Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs und der Fahrbahn über den relativen Schlupf s_rad an den Antriebsrädern aufgetragen.

Der Reibungskoeffizient &mgr;Rad ist bei einem Schlupf s_rad von 0 ebenfalls 0 und steigt dann relativ steil an, bis er bei einem Schlupf s_rad_opt von ca. 12% seinen Maximalwert &mgr;Rad_max erreicht. Direkt nach diesem Hochpunkt fällt der Reibungskoeffizient &mgr;Rad dann leicht wieder ab, wobei der Abfall mit steigendem Schlupf s_rad immer kleiner wird.

Dieser Verlauf kann beispielsweise als unabhängig von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs angenommen werden. In diesem Fall muss zur Erzielung einer optimalen Beschleunigung des Kraftfahrzeugs ein geschwindigkeitsunabhängiger Soll-Schlupf eingestellt werden.

Untersuchungen der Anmelderin haben allerdings ergeben, dass der Verlauf des Reibungskoeffizienten auch von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs abhängig ist. Damit ergibt sich für jede Geschwindigkeit ein mit der Darstellung in 4 vergleichbarer Verlauf. Der dem maximalen Reibungskoeffizienten zugehörige Schlupfwert sinkt dabei mit steigender Geschwindigkeit ab. Beispielsweise beträgt er bei sehr kleinen Geschwindigkeiten ca. 20% gegenüber dem in 4 dargestellten Wert von 12%, welcher für höhere Geschwindigkeiten gilt. Um dem Rechnung zu tragen, kann der Soll-Schlupf im Anfahrmodus statt auf einen konstanten Wert auf einen Wert eingestellt werden, bei dem sich bei der aktuellen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs der maximale Reibungskoeffizient ergibt. Der Soll-Schlupf ist damit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs abhängig.


Anspruch[de]
Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs

– mit einer Antriebsmaschine (11),

– einem Getriebe (15),

– einer zwischen Antriebsmaschine (11) und Getriebe (15) angeordneten automatisierten Kupplung (31) und

– Antriebsrädern (21), welche mit einer Getriebeausgangswelle (18) des Getriebes (15) in Antriebsverbindung stehen,

dadurch gekennzeichnet, dass

bei einem von einem Normalmodus abweichenden Anfahrmodus ein Soll-Schlupf an den Antriebsrädern (21) durch Änderung des übertragbaren Drehmoments der Kupplung (31) eingeregelt wird und der Soll-Schlupf auf einen relativen Schlupf-Wert festgelegt wird, bei welchem ein Reibungskoeffizient (&mgr;Rad) zwischen den Antriebsrädern (21) und der Fahrbahn im Bereich seines Maximalwerts (&mgr;Rad_max) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Schlupf im Anfahrmodus in einer Phase konstant ist. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Schlupf zwischen 10 und 15% beträgt. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Schlupf im Anfahrmodus zu Beginn des Anfahrvorgangs auf einen Anfangswert festgelegt wird, welcher sicher größer ist als ein zum Maximalwert (&mgr;Rad_max) des Reibungskoeffizienten zugehöriger Schlupfwert (s_rad_opt). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Schlupf von einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs abhängig ist. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Schlupf mit steigender Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs abnimmt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das abgegebene Drehmoment der Antriebsmaschine (11) so eingestellt wird, dass ein Kupplungsschlupf an der Kupplung (31) innerhalb eines festlegbaren Bereichs liegt. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsschlupf auf einen Soll-Wert innerhalb des genannten Bereichs geregelt wird. Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einem Fahrdynamiksystem, welches einen übermäßigen Schlupf an Antriebsrädern verhindert, wobei ein von einem Normalmodus abweichender Anfahrmodus dadurch aktiviert wird, dass vom Fahrzeugführer

– das Fahrdynamiksystem deaktiviert und

– ein Bedienelement (33a, 33b) betätigt

wird und das Bedienelement (33a, 33b) auch für die Bedienung anderer Funktionen dient.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Anfahrmodus die Merkmale des Anfahrmodus der Ansprüche 1 bis 8 aufweist. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aktivierung des Anfahrmodus zwei Bedienelemente (33a, 33b) gleichzeitig betätigt werden müssen. Verfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Bedienelemente (33a, 33b) zum Auslösen von Schaltungen in einem automatischen Getriebe (15) des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung des Anfahrmodus mittels eines Anzeigeelements (34) angezeigt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Bedingung für die Aktivierung des Anfahrmodus eine Bremse des Kraftfahrzeugs betätigt sein muss. Verfahren nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet, dass

nach der Aktivierung eine Freigabe des Anfahrmodus erfolgt, wenn

– die Betätigung der Bremse vom Fahrzeugführer beendet wird und

– ein vom Fahrzeugführer eingestelltes Leistungsanforderungssignal größer als eine erste Freigabeschwelle ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14,

dadurch gekennzeichnet, dass

nach der Aktivierung eine Freigabe des Anfahrmodus erfolgt, wenn

– das vom Fahrer eingestellte Leistungsanforderungssignal größer als eine zweite Freigabeschwelle ist und

– das genannte Bedienelement (33a, 33b) betätigt ist.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug über einen Kickdownschalter (30) verfügt und die Freigabe des Anfahrmodus dann erfolgt, wenn zusätzlich der Kickdownschalter (30) betätigt wird.






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