DE10225448A1

DE10225448A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE10225448A1
Application number: DE10225448A
Authority: DE
Inventors: Dirk Hartmann; Holger Jessen; Mathieu Courtes
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-06-08
Filing date: 2002-06-08
Publication date: 2003-12-18
Also published as: US20040007205A1; FR2840566B1; US6994653B2; FR2840566A1

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Brennkraftmaschine (1) eines Fahrzeugs vorgeschlagen, die eine Beschleunigung des Schaltvorgangs, insbesondere eines automatischen Getriebes oder eines automatisierten Schaltgetriebes des Fahrzeugs, ermöglichen. Dabei wird insbesondere bei einem Schaltvorgang eine Betriebszustandsgröße der Brennkraftmaschine (1), insbesondere ein Motorausgangsmoment (MSOLL) oder eine Motordrehzahl (NMOTSOLL) vorgegeben. Ferner wird eine Momentenreserve (MRES1, MRES2, MRES3) für eine schnelle Einstellung der vorgegebenen Betriebszustandsgröße vorgegeben.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung der Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.

Bekannte Verfahren zur Steuerung des Schaltvorganges bei automatisierten Schaltgetrieben nutzen Drehmomentensollwerte bzw. Drehzahlsollwerte, die als Betriebszustandsvorgabe für die Brennkraftmaschine bzw. den Motor an die Stelle eines Fahrerwunschmomentes oder sonstiger Eingriffe, wie beispielsweise einer Antriebsschlupfregelung, einer Motorschleppregelung oder dergleichen, treten. Die Steuerung erfolgt dabei in unterschiedlichen Phasen, in denen von einem Getriebesteuergerät über die Drehmomentsollwerte bzw. Drehzahlsollwerte geeignete zeitliche Verläufe des Motormoments bzw. der Motordrehzahl vorgegeben werden. Bekanntermaßen besitzt beispielsweise der Otto-Motor eine durch die physikalischen Eigenschaften des Saugrohrs verursachte Dynamik, die dazu führt, dass die Sollwertvorgaben tatsächlich nicht unverzüglich umgesetzt werden.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass bei einem Schaltvorgang ferner eine Momentenreserve für eine schnelle Einstellung der vorgegebenen Betriebszustandsgröße vorgegeben wird. Auf diese Weise können durch die bereitgestellte Momentenreserve kurzfristig die dynamischen Eigenschaften der Brennkraftmaschine bzw. des Motors verbessert werden, so dass Abweichungen zwischen einem Soll- und einem Ist-Zustand der Betriebszustandsgröße schneller ausgeglichen werden können. Der durch die verzögerte Umsetzung der vorgegebenen Betriebszustandsgröße bedingte Fehler wird dadurch geringer. Somit wird der zeitliche Ablauf des Schaltvorgangs bei einem automatischen Getriebe oder einem automatisierten Schaltgetriebe beschleunigt oder verbessert, indem eine bessere Übereinstimmung zwischen dem Sollwert und dem Istwert der vorgegebenen Betriebszustandsgröße gewährleistet ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Momentenreserve in Abhängigkeit einer Differenz zwischen der vorgegebenen Betriebszustandsgröße und einem aktuellen Wert der Betriebszustandsgröße vorgegeben wird. Auf diese Weise lässt sich die Momentenreserve an die Abweichung des Istwertes der Betriebszustandsgröße von deren Sollwert anpassen.

Vorteilhaft ist auch, dass die Momentenreserve in Abhängigkeit eines Fahrerwunschmomentes oder einer aktuellen Motordrehzahl vorgegeben wird. Auf diese Weise kann die Momentenreserve an eine aktuelle Fahrsituation angepasst werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Momentenreserve in Abhängigkeit der aktuellen Phase des Schaltvorgangs und/oder einer nachfolgenden Phase des Schaltvorgangs vorgegeben wird. Auf diese Weise lässt sich die Momentenreserve an die verschiedenen Anforderungen während des Schaltvorgangs anpassen. Dadurch lässt sich der zeitliche Ablauf des Schaltvorgangs durch eine noch bessere Übereinstimmung zwischen dem Sollwert und dem Istwert der vorgegebenen Betriebszustandsgröße weiter beschleunigen und verbessern. Die Abweichungen zwischen dem Sollwert und dem Istwert der vorgegebenen Betriebszustandsgröße lassen sich somit auch in den einzelnen Phasen des Schaltvorgangs schneller ausgleichen.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 ein Blockschaltbild mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2a einen Momentenverlauf über der Zeit bei einem Schaltvorgang,
Fig. 2b einen Drehzahlverlauf bei einem Schaltvorgang über der Zeit,
Fig. 3 eine schematische Darstellung für die Bildung eines Gesamtmomentes,
Fig. 4 ein Blockschaltbild für eine Drehzahlregelung,
Fig. 5 ein Blockschaltbild für eine Bildung einer Momentenreserve in einer ersten Phase eines Schaltvorgangs gemäß einer ersten Ausführungsform,
Fig. 6 ein Blockschaltbild für eine Bildung der Momentenreserve in der ersten Phase des Schaltvorgangs gemäß einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 7 ein Blockschaltbild für eine Bildung der Momentenreserve in einer zweiten Phase des Schaltvorgangs,
Fig. 8 ein Blockschaltbild zur Auswahl der Momentenreserve in Abhängigkeit der jeweiligen Phase des Schaltvorgangs und
Fig. 9 ein Blockschaltbild für den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einer Brennkraftmaschine 1 beispielsweise eines Kraftfahrzeugs in Form eines Blockschaltbildes dargestellt. Die Brennkraftmaschine 1 umfasst dabei eine Motorsteuerung 20. An die Motorsteuerung 20 ist eine Getriebesteuerung 5, ein Drehzahlmesser 30 und ein Bedienelement 25 angeschlossen. Dabei kann es sich bei dem Bedienelement 25 um ein Fahrpedal des Kraftfahrzeugs handeln. Der Drehzahlmesser 30 misst die Motordrehzahl der Brennkraftmaschine 1 und führt den Messwert der Motorsteuerung 20 zu. Die Motorsteuerung 20 steuert in diesem Beispiel bei einem Otto-Motor eine Luftzufuhr über eine Drosselklappe, einen Zündzeitpunkt und eine Einspritzmenge an Kraftstoff, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, um eine vorgegebene Betriebszustandsgröße der Brennkraftmaschine 1 umzusetzen. Bei der vorgegebenen Betriebszustandsgröße der Brennkraftmaschine 1 kann es sich beispielsweise um einen Sollwert für ein Motorausgangsmoment MSOLL oder um einen Sollwert für eine Motordrehzahl NMOTSOLL handeln. In Fig. 1 sind der Übersichtlichkeit halber nur die für die Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung erforderlichen Elemente der Brennkraftmaschine 1 dargestellt.
Vom Fahrpedal 25 erhält die Motorsteuerung 20 ein Fahrerwunschmoment MFW als Vorgabewert MSOLL für das Motorausgangsmoment. Das Motorausgangsmoment wird über ein in Fig. 1 nicht dargestelltes automatisches Getriebe oder ein automatisiertes Schaltgetriebe auf die Antriebsräder des Fahrzeugs umgesetzt. Das automatische Getriebe bzw. das automatisierte Schaltgetriebe werden im Folgenden kurz als Getriebe bezeichnet. Dabei ist die Erfindung allgemein auf die Drehzahlregelung für jede beliebige Art von Getriebe, ja allgemein zur Drehzahlregelung einsetzbar. Bei einem Schaltvorgang des Getriebes gibt die Getriebesteuerung 5 den Sollwert MSOLL für das Motorausgangsmoment vor. Das Motorausgangsmoment wird im Folgenden auch als erste Betriebszustandsgröße der Brennkraftmaschine 1 bezeichnet. Die Getriebesteuerung 5 gibt beim Schaltvorgang des Getriebes weiterhin einen Sollwert NMOTSOLL für die Motordrehzahl vor, die im Folgenden auch als zweite Betriebszustandsgröße bezeichnet wird.
Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass die Motorsteuerung 20 beim Schaltvorgang des Getriebes eine Momentenreserve MRES für eine schnelle Einstellung der jeweiligen Betriebszustandsgröße, also in dem beschriebenen Beispiel des Motorausgangsmomentes oder der Motordrehzahl, vorgibt. Die vorgegebene Momentenreserve MRES kann von der Motorsteuerung 20 beispielsweise durch eine Zündwinkelverschiebung, insbesondere eine Zündwinkelverspätung, eingestellt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die vorgegebene Momentenreserve durch die Motorsteuerung 20 auch durch eine Senkung der Kraftstoffeinspritzmenge eingestellt werden. Die erstgenannte Maßnahme zur Einstellung der vorgenannten Momentenreserve MRES wird im Folgenden auch als Zündwinkelpfad und die zweitgenannte Maßnahme auch als Einspritzpfad bezeichnet.
Wenn dann beim Schaltvorgang von der Getriebesteuerung 5 der Sollwert MSOLL für das Motorausgangsmoment oder der Sollwert NMOTSOLL für die Motordrehzahl gefordert wird, so lässt er sich anhand der gebildeten Momentenreserve durch eine Rückverschiebung des Zündwinkels nach Früh und/oder durch eine Erhöhung der Einspritzmenge des Kraftstoffs schnell einstellen.
Dies ist in Fig. 3 beispielhaft schematisch für das Motorausgangsmoment als erste Betriebszustandsgröße dargestellt. Von der Getriebesteuerung 5 wird der Sollwert MSOLL für das Motorausgangsmoment vorgegeben. Zur schnellen Einstellung dieses Sollwertes MSOLL gibt die Motorsteuerung 20 die Momentenreserve MRES vor. Die Momentenreserve MRES ist dabei ein zusätzlich zum Sollwert MSOLL des Motorausgangsmomentes von der Brennkraftmaschine 1 bereitzustellendes Potential (Vorhalt) für einen schnellen Momentenaufbau. Insgesamt wird also von der Brennkraftmaschine 1 ein Vorhalt für ein Gesamtmoment MGES gefordert, das sich aus der Summe des Sollwertes MSOLL für das Motorausgangsmoment und dem Sollwert MRES für die Momentenreserve bildet. Dieses Gesamtmoment MGES wird von der Motorsteuerung 20 durch Einstellung einer geeigneten Füllung und entsprechende Ansteuerung der Drosselklappe und damit der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine eingestellt.
Die Momentenreserve MRES kann von der Motorsteuerung 20 in Abhängigkeit einer Differenz zwischen dem Sollwert für die jeweilige Betriebszustandsgröße und einem Istwert bzw. aktuellen Wert dieser Betriebszustandsgröße vorgegeben werden. Die Momentenreserve MRES kann von der Motorsteuerung 20 zusätzlich oder alternativ auch in Abhängigkeit der aktuellen Fahrsituation vorgegeben werden, die beispielsweise durch das Fahrerwunschmoment MFW oder die aktuelle Motordrehzahl NMOTIST charakterisiert ist. Zusätzlich oder alternativ und in besonders vorteilhafter Weise kann es vorgesehen sein, dass die Motorsteuerung 20 die Momentenreserve MRES in Abhängigkeit einer aktuellen Phase des Schaltvorgangs und/oder einer nachfolgenden Phase des Schaltvorgangs vorgibt.
In Fig. 2 sind verschiedene Phasen des Schaltvorgangs dargestellt. In Fig. 2a) ist dabei der Verlauf des Motorausgangsmoments M über der Zeit t dargestellt. Es wird beispielhaft davon ausgegangen, dass der Fahrer während des Schaltvorgangs des Getriebes die Fahrpedalstellung beibehält und somit ein etwa konstantes Fahrerwunschmoment MFW anfordert. Dieses wird der Motorsteuerung 20 vom Fahrpedal 25 mitgeteilt. Dennoch wird beim Schaltvorgang nicht das Fahrerwunschmoment MFW, sondern das von der Getriebesteuerung 5 geforderte Motorausgangsmoment MSOLL von der Motorsteuerung 20 umgesetzt. Während einer ersten Phase des Schaltvorgangs, die bis zu einem ersten Zeitpunkt t₁ andauert und durch das Öffnen der Kupplung charakterisiert ist, sinkt der von der Getriebesteuerung 5 angeforderte Sollwert MSOLL für das Motorausgangsmoment, wie in Fig. 2a) dargestellt, ab. Dabei wird der Istwert MIST des Motorausgangsmomentes, der in Fig. 2a) gestrichelt dargestellt ist, dem Sollwert MSOLL des Motorausgangsmomentes von der Motorsteuerung 20 nachgeführt. Dies kann über den sogenannten Füllungspfad erfolgen, also durch Steuerung der Luftzufuhr mittels der Drosselklappe. Der Füllungspfad ist im Vergleich zum Zündwinkelpfad und zum Einspritzpfad der am wenigsten dynamischste bzw. der langsamste Pfad. Eine schnellere Nachführung des Istwertes MIST des Motorausgangsmomentes lässt sich erreichen, wenn zusätzlich von der Motorsteuerung 20 eine erste Momentenreserve MRES1 in dieser ersten Phase des Schaltvorgangs vorgegeben und aufgebaut wird. Dies kann beispielsweise über den Zündwinkelpfad durch Zündwinkelverspätung oder den Einspritzpfad durch Verringerung der Einspritzmenge erreicht werden. Wenn zusätzlich zur Reduzierung der Füllung der Zündwinkel verspätet und/oder die Einspritzmenge verringert wird, lässt sich der Istwert MIST des Motorausgangsmomentes dem vorgegebenen Sollwert MSOLL schneller nachführen. Somit bewirkt die erste Momentenreserve MRES1 einen schnelleren Ausgleich der Abweichung zwischen dem Istwert MIST und dem Sollwert MSOLL des Motorausgangsmomentes in der ersten Phase des Schaltvorganges. Wenn es nun, wie in Fig. 2a) nicht dargestellt, dazu kommen sollte, dass während der ersten Phase des Schaltvorgangs die Getriebesteuerung 5 einen kurzfristigen Anstieg des Sollwertes MSOLL des Motorausgangsmomentes fordert, so kann dieser Anstieg durch zumindest teilweisen Abbau der bereits gebildeten ersten Momentenreserve MRES1 von der Motorsteuerung 20 nachvollzogen werden. Voraussetzung ist natürlich, dass die gebildete erste Momentenreserve MRES1 ausreichend hoch ist. Die erste Momentenreserve MRES1 ermöglicht es also der Motorsteuerung 20 in der ersten Phase des Schaltvorgangs den Anforderungen der Getriebesteuerung 5 an das Motorausgangsmoment möglichst schnell nachzukommen, zumal diese Anforderungen in der Motorsteuerung 20 nicht im voraus bekannt sind. Dadurch wird gewährleistet, dass das von der Getriebesteuerung 5 in der ersten Phase des Schaltvorgangs vorgegebene Motorausgangsmoment MSOLL möglichst schnell von der Motorsteuerung 20 umgesetzt wird im Sinne einer möglichst schnellen Angleichung des Istwertes MIST des Motorausgangsmomentes an den Sollwert MSOLL des Motorausgangsmomentes. Die erste Momentenreserve MRES1 ist möglichst zu Beginn der ersten Phase des Schaltvorgangs zu bilden, damit sie rechtzeitig zur Verfügung steht.
In Fig. 5 ist ein Blockschaltbild für eine erste Ausführungsform zur Realisierung der ersten Momentenreserve MRES1 dargestellt, wobei dieses Blockschaltbild in der Motorsteuerung 20 realisiert ist. Dabei ist der Motorsteuerung 20 zusätzlich von einer in Fig. 1 nicht dargestellte Bestimmungsvorrichtung der Istwert MIST des Motorausgangsmomentes zugeführt. Die Messung des Istwertes MIST ist nicht ohne weiteres möglich. Anstelle aufwändiger Sensoren wird von der Bestimmungsvorrichtung ein Modell zur Ermittlung des Istwertes MIST verwendet. Ebenso ist der Motorsteuerung 20 noch eine Information zugeführt, die die aktuelle Phase eines Schaltvorgangs angibt. Diese Information liegt in Form eines Kupplungsbits KB vor. Gemäß Fig. 5 ist ein erster Verknüpfungspunkt 40 vorgesehen, in dem eine Differenz Δ zwischen dem Istwert MIST und dem Sollwert MSOLL des Motorausgangsmomentes gebildet wird. Die Differenz Δ = MIST - MSOLL wird einem ersten Kennfeld 35 als Eingangsgröße zugeführt. Als weitere Eingangsgröße wird dem ersten Kennfeld 35 das Fahrerwunschmoment MFW zugeführt. Aus den beiden genannten Eingangsgrößen ermittelt das erste Kennfeld 35 einen Verstärkungsfaktor V. In einem zweiten Verknüpfungspunkt 45 wird der Sollwert MSOLL des Motorausgangsmomentes mit dem Verstärkungsfaktor V multipliziert. Dabei ergibt sich die erste vorgegebene Momentenreserve MRES1.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform nach Fig. 6, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente kennzeichnen, wie in Fig. 5, wird im ersten Verknüpfungspunkt 40 wiederum die Differenz Δ zwischen dem Istwert MIST und dem Sollwert MSOLL des Motorausgangsmomentes gebildet, wobei Δ = MIST - MSOLL ist. Die Differenz Δ wird als Eingangsgröße einem zweiten Kennfeld 55 zugeführt, dessen weitere Eingangsgröße die aktuelle Motordrehzahl NMOTIST ist, die vom Drehzahlmesser 30 der Motorsteuerung 20 zugeführt ist. Aus den beiden genannten Eingangsgrößen ermittelt das zweite Kennfeld 55 den Verstärkungsfaktor V, der im zweiten Verknüpfungspunkt 45 mit dem Sollwert MSOLL des Motorausgangsmomentes multipliziert wird, um die erste Momentenreserve MRES1 zu bilden. Somit lässt sich die erste vorgegebene Momentenreserve MRES1 zum einen abhängig von der Differenz Δ und zum anderen abhängig vom Fahrerwunschmoment MFW bei der Ausführungsform nach Fig. 5 oder von der aktuellen Motordrehzahl NMOTIST bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ermitteln. Das Fahrerwunschmoment MFW, das wie in Fig. 2a) angedeutet, während des Schaltvorgangs beispielsweise gleich bleiben kann, und auch die aktuelle Motordrehzahl NMOTIST, charakterisieren dabei die aktuelle Fahrsituation.
In einer zweiten Phase des Schaltvorgangs, die vom ersten Zeitpunkt t₁ bis zu einem zweiten Zeitpunkt t₂ reicht, wird ein neuer Gang bzw. eine neue Gangstufe vom Getriebe eingelegt. Wird dabei ein niedrigerer Gang eingelegt, so wird in der zweiten Phase der Sollwert NMOTSOLL für die Motordrehzahl erhöht, wie in Fig. 2b) anhand des durchgezogenen Kurvenverlaufs dargestellt ist. In Fig. 2b) ist dabei der Verlauf des Sollwertes NMOTSOLL der Motordrehzahl als zweite Betriebszustandsgröße über der Zeit t während des Schaltvorgangs dargestellt. Die Erhöhung des Sollwertes NMOTSOLL der Motordrehzahl wird dabei zu einem dritten Zeitpunkt t₃ eingeleitet, der in der zweiten Phase zwischen dem ersten Zeitpunkt t₁ und dem zweiten Zeitpunkt t₂ liegt. Er ist mit einer kurzfristigen Erhöhung und Wiederabsenkung des Sollwertes MSOLL des Motorausgangsmomentes verknüpft, wie es zwischen dem dritten Zeitpunkt t₃ und dem zweiten Zeitpunkt t₂ gemäß Fig. 2a) anhand der durchgezogenen Linie zu erkennen ist. Beim Hochschalten ergibt sich entsprechend ein umgekehrter Verlauf, d. h. ein Absinken des Sollwertes NMOTSOLL der Motordrehzahl vom dritten Zeitpunkt t₃ an, gemäß der strichpunktierten Linie in Fig. 2b) und ein kurzfristiges Absinken und Wiederansteigen des Sollwertes MSOLL des Motorausgangsmomentes gemäß der strichpunktierten Linie in Fig. 2a) zwischen dem dritten Zeitpunkt t₃ und dem zweiten Zeitpunkt t₂ in der zweiten Phase. In der zweiten Phase kommt es vor allem auf eine schnelle Einstellung des Sollwertes NMOTSOLL für die Motordrehzahl an. Die zweite Phase wird deshalb auch als Drehzahlregelungsphase bezeichnet. Die Motordrehzahl kann beispielsweise mittels eines PID-Reglers 60 innerhalb der Motorsteuerung 20 geregelt sein. Dabei wird dem PID-Regler 60 eine Differenz ΔN zwischen dem Istwert NMOTIST und dem Sollwert NMOTSOLL der Motordrehzahl zugeführt, wobei die Differenz ΔN der Motordrehzahl sich beispielsweise ergibt zu ΔN = NMOTIST - NMOTSOLL. In einem dritten Verknüpfungspunkt 65 wird einer zweiten Momentenreserve MRES2 ein P-Anteil P des PID-Reglers 60 hinzuaddiert. Der gebildeten Summe wird in einem vierten Verknüpfungspunkt 70 ein I-Anteil I des PID-Reglers hinzuaddiert. Der daraus gebildeten Summe wird anschließend in einem fünften Verknüpfungspunkt 75 ein D- Anteil D des PID-Reglers 60 hinzuaddiert. Die daraus gebildete Summe ist in Fig. 4 mit MGES' bezeichnet und stellt den Ausgang des PID-Reglers 60 dar. Der Ausgang MGES' des PID-Reglers 60 wird einem Begrenzungsglied 80 zugeführt, das den Ausgang MGES' gegebenenfalls nach oben auf eine obere zulässige Momentengrenze oder nach unten auf eine untere zulässige Momentengrenze begrenzt. Der Ausgang des Begrenzungsglieds 80 ist der Sollwert für das Gesamtmoment MGES. Er entspricht dem Ausgang MGES' des PID-Reglers 60, wenn der Ausgang MGES' weder die obere zulässige Momentengrenze überschreitet, noch die untere zulässige Momentengrenze unterschreitet.
Im Falle eines Zurückschaltens in der zweiten Phase des Schaltvorgangs ist, wie beschrieben, ein kurzzeitiges Erhöhen des Sollwertes MSOLL des Motorausgangsmomentes erforderlich, um den Istwert NMOTIST der Motordrehzahl dem erhöhten Sollwert NMOTSOLL nachzuführen. Damit dies möglichst schnell geschehen kann, ist möglichst frühzeitig in der zweiten Phase, also bereits zwischen dem ersten Zeitpunkt t₁ und dem dritten Zeitpunkt t₃ eine zweite vorgegebene Momentenreserve MRES2 von der Motorsteuerung 20 zu bilden und gemäß Fig. 3 über den Füllungspfad das entsprechende Gesamtmoment MGES zur Verfügung zu stellen. Die zweite Momentenreserve MRES2 ergibt sich aus der Einstellung wiederum des Zündwinkelpfads und/oder des Einspritzpfades.
In Fig. 7 ist ein Blockschaltbild zur Bildung der zweiten Momentenreserve MRES2 dargestellt. In einem sechsten Verknüpfungspunkt 85 wird für die zweite Phase des Schaltvorgangs die Differenz ΔN' aus dem Sollwert NMOTSOLL und dem Istwert NMOTIST der Motordrehzahl beispielsweise wie folgt gebildet:

ΔN' = NMOTSOLL - NMOTIST.
Der Sollwert NMOTSOLL der Motordrehzahl ist dabei für die zweite Phase des Schaltvorgangs von der Getriebesteuerung 5 vorgegeben, wohingegen der der Istwert NMOTIST der Motordrehzahl von dem Drehzahlmesser 30 in der Motorsteuerung 20 empfangen wird. Das Blockschaltbild der Fig. 7 ist beispielsweise wiederum in der Motorsteuerung 20 realisiert. Die Differenz ΔN' der Motordrehzahl ist eine Eingangsgröße eines dritten Kennfeldes 90. Eine weitere Eingangsgröße des dritten Kennfeldes 90 ist das Fahrerwunschmoment MFW. In einer alternativen Ausführungsform könnte es auch die aktuelle Drehzahl NMOTIST sein. Aus den beiden genannten Eingangsgrößen des dritten Kennfeldes 90 kann beispielsweise direkt die zweite vorgegebene Momentenreserve MRES2 abgeleitet werden.
Entsprechendes gilt im übrigen auch für das Hochschalten in der zweiten Phase, bei dem zwischen dem dritten Zeitpunkt t₃ und dem zweiten Zeitpunkt t₂ eine kurzfristige Reduzierung und Wiedererhöhung des Sollwertes MSOLL des Motorausgangsmomentes zur Erniedrigung des Sollwertes NMOTSOLL der Motordrehzahl erforderlich ist.
Durch die zweite vorgegebene Momentenreserve MRES2 lässt sich die Angleichung des Istwertes NMOTIST an den Sollwert NMOTSOLL der Motordrehzahl besonders schnell erreichen.
Üblicherweise ist bereits zu Beginn der ersten Phase des Schaltvorgangs bekannt, ob in der zweiten Phase hochgeschaltet oder heruntergeschaltet wird. Dementsprechend kann die erste vorgegebene Momentenreserve MRES1 in der ersten Phase des Schaltvorgangs bereits in Abhängigkeit des von der zweiten Phase zu erwartenden Motordrehzahlsprungs vorgegeben werden, so dass zu Beginn der zweiten Phase höchstens noch leichte Korrekturen an der Momentenreserve in Abhängigkeit der Differenz ΔN' der Motordrehzahl durchzuführen sind, um die zweite vorgegebene Momentenreserve MRES2 zu bilden. Mit der Erhöhung des Sollwertes NMOTSOLL der Motordrehzahl kann somit bereits zum ersten Zeitpunkt t₁ oder kurz danach begonnen werden, so dass die zweite Phase nochmals erheblich verkürzt und vor allem die Zeitdifferenz zwischen dem dritten Zeitpunkt t₃ und dem ersten Zeitpunkt t₁ nahezu eliminiert werden kann. Auf diese Weise lässt sich der Schaltvorgang weiter beschleunigen.
Generell ist für eine Absenkung des Sollwertes MSOLL des Motorausgangsmomentes eine Momentenreserve nicht erforderlich. Sie ist für die erste Phase des Schaltvorgangs aber dennoch zumindest in den folgenden drei Fällen sinnvoll.
Im ersten Fall ermöglicht die erste vorgegebene Momentenreserve MRES1 wie beschrieben auch ein kurzzeitiges Umsetzen einer von der Getriebesteuerung 5 vorgegebenen kurzfristigen Sollmomentenerhöhung. Die erste vorgegebene Momentenreserve MRES1 sollte dabei so klein wie möglich gewählt werden, um gerade für die möglichen kurzfristig auftretenden Sollmomentenerhöhungen in der ersten Phase auszureichen. Ansonsten lässt sich die Angleichung des Istwertes MIST an den Sollwert MSOLL des Motorausgangsmomentes über den Füllungspfad durch Verringern des Öffnungsgrades der Drosselklappe sehr schnell nachführen, da die Luftzufuhr auf diese Weise sehr schnell verringert werden kann. Durch die möglichst gering zu haltende erste vorgegebene Momentenreserve MRES1 muss dabei das Gesamtmoment MGES nicht wesentlich größer als der Sollwert MSOLL des Motorausgangsmomentes eingestellt werden. Diese Variante hat den Vorteil, dass die Momentennachführung hauptsächlich über den Füllungspfad erfolgt und daher zu geringen Rohemissionsanteilen im Abgas und zu geringem Kraftstoffverbrauch führt. Bei der zweiten Variante kann ebenfalls, wie beschrieben, eine Anpassung des Istwertes MIST an den fallenden Sollwert MSOLL des Motorausgangsmomentes sowohl über den Füllungspfad als auch über den Zündwinkel und/oder den Einspritzpfad erfolgen und daher beschleunigt werden. Bei dieser zweiten Variante wird daher in der Regel eine größere erste Momentenreserve MRES1 realisiert, als bei der ersten Variante. Auf diese Weise lässt sich der Istwert MIST noch schneller an den Sollwert MSOLL des Motorausgangsmomentes anpassen, als bei der ersten Variante. Die erste Phase des Schaltvorgangs kann auf diese Weise verkürzt werden. Dies geht allerdings zu Lasten des Rohemissionsanteils im Abgas und des Kraftstoffverbrauchs. Die dritte Variante baut auf der zweiten Variante auf und macht sich die für die schnelle Verringerung des Motorausgangsmomentes gebildete erste Momentenreserve MRES1 auch für die zweite Phase des Schaltvorgangs zunutze. Dabei wird die erste Momentenreserve MRES1 in der ersten Phase des Schaltvorgangs bereits in Abhängigkeit des in der zweiten Phase vorgesehenen Schaltvorgangs, also der neuen einzulegenden Gangstufe vorgegeben, so dass sie gegebenenfalls mit leichten Korrekturen in der zweiten Phase als zweite Momentenreserve MRES2 verwendet werden kann. Die Zeit für die Bildung der zweiten vorgegebenen Momentenreserve MRES2 in der zweiten Phase kann auf diese Weise, wie auch bereits beschrieben, verkürzt werden. Damit kann auch die zweite Phase insgesamt verkürzt werden. Der Schaltvorgang wird somit insgesamt beschleunigt. Wenn also zum Beginn der ersten Phase des Schaltvorgangs bereits bekannt ist, dass in der zweiten Phase heruntergeschaltet wird, dann kann in der ersten Phase eine erhöhte erste Momentenreserve MRES1 vorgegeben werden, die dann für die notwendige Drehzahlerhöhung in der zweiten Phase bereits zum ersten Zeitpunkt t₁ zur Verfügung steht. Wenn nämlich in der ersten Phase bereits bekannt ist, auf welchen Sollwert NMOTSOLL die Motordrehzahl in der zweiten Phase des Schaltvorgangs erhöht wird, so kann in der ersten Phase des Schaltvorgangs bereits die zweite Momentenreserve MRES2 gemäß dem Blockschaltbild nach Fig. 7 vorgegeben werden. Die zweite vorgegebene Momentenreserve MRES2 wird somit sowohl für die erste Phase, als auch die zweite Phase des Schaltvorgangs vorgegeben, ist also für die erste und die zweite Phase des Schaltvorgangs gleich. In der ersten Phase des Schaltvorgangs wird dabei die zweite vorgegebene Momentenreserve MRES2 aufgebaut, indem der Zündwinkel verspätet und/oder die Einspritzmenge verringert wird. Auf diese Weise wird der Momentenabbau in der ersten Phase erheblich beschleunigt. Während gemäß Fig. 3 gleichzeitig das Gesamtmoment MGES durch Füllungsverringerung reduziert wird, wird die zweite vorgegebene Momentenreserve MRES2 aufgebaut und damit vergrößert. Dies führt zu einem rapiden Abfall des Füllungsbetrages, der zur Umsetzung des Sollwertes MSOLL des Motorausgangsmomentes noch zur Verfügung steht. Spätestens zum Ende der ersten Phase, also zum ersten Zeitpunkt t₁ steht dann die vorgegebene zweite Momentenreserve MRES2 zur Verfügung, so dass gleich mit der Drehzahlerhöhung begonnen werden kann.
Ist in der ersten Phase des Schaltvorgangs bereits bekannt, dass in der zweiten Phase hochgeschaltet wird, dann wird es in der zweiten Phase zu einem Abfall des Sollwertes NMOTSOLL der Motordrehzahl kommen, wofür keine Momentenreserve erforderlich ist. Das Absenken der Drehzahl ist nämlich mit einem Absenken des Motorausgangsmomentes verknüpft. Erst wenn die niedrigere Motordrehzahl eingestellt ist und gehalten werden muss, ist wieder ein leichter Anstieg des Motorausgangsmomentes, wie in Fig. 2a) gegen Ende der zweiten Phase dargestellt, erforderlich. Für diesen Fall kann die zweite vorgegebene Momentenreserve MRES2 vorgesehen werden, um diesen Anstieg des Sollwertes MSOLL des Motorausgangsmomentes gegen Ende der zweiten Phase möglichst schnell umzusetzen. In diesem Fall kann die zweite vorgegebene Momentenreserve aber noch ohne weiteres innerhalb der zweiten Phase aufgebaut werden, da ja zuerst ein Momentenabfall vorliegt. Dieser Momentenabfall kann analog zu der zuvor beschriebenen ersten Phase und zur Bildung der zweiten vorgegebenen Momentenreserve MRES2 realisiert werden, wobei in diesem Fall auch die zweite vorgegebene Momentenreserve MRES2 nicht mehr in Abhängigkeit der Drehzahldifferenz sondern der zum Ende der zweiten Phase zu realisierenden Momentendifferenz zwischen dem Istwert MIST und dem Sollwert MSOLL des Motorausgangsmomentes und damit wie in Fig. 5 oder in Fig. 6 beschrieben, vorgegeben werden muss. Auf diese Weise ist die Bildung der zweiten vorgegebenen Momentenreserve MRES2 bereits in der ersten Phase des Schaltvorgangs nicht erforderlich, so dass dort die Angleichung zwischen dem Istwert MIST und dem Sollwert MSOLL des Motorausgangsmomentes gemäß Variante 1 möglichst vollständig über den Füllungsgrad erfolgen kann und auf diese Weise möglichst wenig Rohemissionen anfallen.
In der zum zweiten Zeitpunkt t₂ einsetzenden dritten Phase des Schaltvorgangs wird bei konstantem Sollwert NMOTSOLL für die Motordrehzahl die Kupplung geschlossen und der Sollwert MSOLL für das Motorausgangsmoment wieder auf das Fahrerwunschmoment MFW erhöht. Dem ist der Istwert MIST des Motorausgangsmomentes, der in Fig. 2a) gestrichelt dargestellt ist, wiederum möglichst schnell nachzuführen. Dies kann durch eine dritte vorgegebene Momentenreserve MRES3 erfolgen, die, wie auch die erste vorgegebene Momentenreserve MRES1 gemäß Fig. 5 oder Fig. 6, bestimmt wird. Die dritte vorgegebene Momentenreserve MRES3 wird dabei zu Beginn der dritten Phase vom zweiten Zeitpunkt t₂ an möglichst schnell gebildet, wie beschrieben auf den Zündwinkel und/oder dem Einspritzpfad.
In Fig. 8 ist ein Blockschaltbild zur Auswahl des Gesamtmomentes MGES für die einzelnen Phasen des Schaltvorgangs dargestellt, wobei dieses Blockschaltbild ebenfalls in der Motorsteuerung 20 realisiert ist. Neben dem Kupplungsbit KB, das angibt, ob ein Schaltvorgang vorliegt, wird der Motorsteuerung 20 außerdem ein Drehzahlbit DB zugeführt, das angibt, ob die Drehzahlregelungsphase, also die zweite Phase des Schaltvorgangs, aktiv ist. Das Kupplungsbit KB und das Drehzahlbit DB werden dabei der Motorsteuerung 20 von der Getriebesteuerung 5 zugeführt. In einem siebten Verknüpfungspunkt 95 wird der aktuelle Sollwert MSOLL des Motorausgangsmomentes mit der aktuellen Momentenreserve addiert. Dabei werden nur die direkt von der Getriebesteuerung 5 gelieferten Sollwerte MSOLL für das Motorausgangsmoment betrachtet. Diese liegen in der ersten und der dritten Phase des Schaltvorgangs vor. Somit handelt es sich bei den aktuellen vorgegebenen Momentenreserven um die erste oder die dritte vorgegebene Momentenreserve MRES1, MRES3. In der zweiten Phase des Schaltvorganges liefert die Getriebesteuerung 5 den Sollwert NMOTSOLL für die Motordrehzahl, aus der die Motorsteuerung 20 dann den jeweils erforderlichen Sollwert MSOLL für das Motorausgangsmoment ermittelt, das erforderlich ist, um den Sollwert NMOTSOLL für die Motordrehzahl einzustellen. Die addititve Verknüpfung des aktuellen Sollwertes MSOLL des Motorausgangsmomentes mit der in der zweiten Phase des Schaltvorgangs vorgegebenen zweiten Momentenreserve MRES2, findet in einem achten Verknüpfungspunkt 100 statt. Ein erster gesteuerter Schalter 50 verbindet entweder den Ausgang des siebten Verknüpfungspunktes 95 oder den Ausgang des achten Verknüpfungspunktes 100 mit einem ersten Eingang 110 eines zweiten gesteuerten Schalters 105. Der erste gesteuerte Schalter 50 wird vom Drehzahlbit DB gesteuert. Während der zweiten Phase des Schaltvorgangs ist das Drehzahlbit DB gesetzt und steuert den ersten gesteuerten Schalter 50 derart an, dass er den Ausgang des achten Verknüpfungspunktes 100 mit dem ersten Eingang 110 des zweiten gesteuerten Schalters 105 verbindet. Andernfalls ist das Drehzahlbit DB zurückgesetzt und steuert den ersten gesteuerten Schalter 50 derart an, dass er den Ausgang des siebten Verknüpfungspunktes 95 mit dem ersten Eingang 110 des zweiten gesteuerten Schalters 105 verbindet. Der zweite gesteuerte Schalter 105 weist an einem zweiten Eingang 115 den Wert Null Nm auf. Der zweite gesteuerte Schalter 105 wird vom Kupplungsbit KB gesteuert. Dieses ist während des Schaltvorgangs gesetzt. Im gesetzten Zustand steuert das Kupplungsbit KB den zweiten gesteuerten Schalter 105 derart an, dass er den ersten Eingang 110 mit seinem Ausgang verbindet. Außerhalb des Schaltvorgangs ist das Kupplungsbit KB zurückgesetzt und steuert den zweiten gesteuerten Schalter 105 derart an, dass er den zweiten Eingang 115 mit seinem Ausgang verbindet. Somit wird während des Schaltvorgangs am Ausgang des zweiten Schalters 105 das aus der Summe des aktuellen Sollwertes MSOLL des Motorausgangsmomentes und der gerade aktuellen Momentenreserve MRES1, MRES2, MRES3 gebildete Gesamtmoment MGES gemäß Fig. 3 abgegeben. Andernfalls wird der Wert Null Nm am Ausgang des zweiten Schalters 105 abgegeben. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Motorsteuerung 20 bei Abgabe eines Wertes ungleich Null am Ausgang des zweiten gesteuerten Schalters 105 den dort abgegebenen Gesamtmomentenwert MGES über den Füllungspfad und damit die Luftzufuhr umsetzt. Wird der Wert Null am Ausgang des zweiten gesteuerten Schalters 105 abgegeben, so prüft die Motorsteuerung 20, ob von anderen Modulen des Fahrzeugs, wie beispielsweise vom Fahrpedal 25, eine Momentenanforderung vorliegt, um diese umzusetzen, wie beispielsweise das Fahrerwunschmoment MFW.
In Fig. 9 ist ein Blockschaltbild für die erfindungsgemäße Vorrichtung vorgesehen, die ebenfalls in der Motorsteuerung 20 implementiert sein kann und in Fig. 9 mit dem Bezugszeichen 120 gekennzeichnet ist. Die Vorrichtung 120 umfasst Mittel 125 zum Empfang des Sollwertes MSOLL des Motorausgangsmomentes insbesondere von der Getriebesteuerung 5 und des Istwertes NMOTIST der Motordrehzahl vom Drehzahlmesser 30. Die Mittel 125 empfangen außerdem das Fahrerwunschmoment MFW vom Fahrpedal 25. Die Mittel 125 empfangen außerdem von der Getriebesteuerung 5 das Drehzahlbit DB und das Kupplungsbit KB. Die Mittel 125 sind mit Mitteln 10 zur Vorgabe der Momentenreserve gemäß dem Blockschaltbild nach Fig. 5, nach Fig. 6 oder nach Fig. 7 verbunden. Die Mittel 125 und die Mittel 10 sind mit Mitteln 15 zur Ermittlung des Gesamtmomentes MGES gemäß dem Blockschaltbild nach Fig. 8 verbunden. Das Gesamtmoment MGES wird dann über den Füllungspfad in der beschriebenen Weise umgesetzt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich der Schaltvorgang und damit die nachteilige Unterbrechung des Kraftschlusses zwischen dem Motor und dem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs während des Schaltvorgangs des Getriebes beschleunigen. Zur Berücksichtigung der aktuellen Fahrsituation bei der Bildung der jeweiligen Momentenreserve wurde beispielhaft das Fahrerwunschmoment MFW und der Istwert NMOTIST der Motordrehzahl angeführt. Zusätzlich oder alternativ können weitere Größen bei der Bildung der jeweiligen Momentenreserve berücksichtigt werden, die den Fahrzustand, die Getriebeübersetzung, den Fahrertyp und/oder die Fahrweise, beispielsweise spontan oder ökonomisch, beschreiben. Diese Größen können, was den Fahrzustand und die Getriebeübersetzung betrifft, von geeigneten Messvorrichtungen gemessen und was den Fahrertyp und das Fahrerverhalten betrifft, aus vorherigen Fahrsituationen gelernt werden.
Bei Fahrern, die ein schnelleres bzw. spontaneres Ansprechverhalten des Fahrzeugs wünschen, kann eine höhere jeweilige Momentenreserve in den entsprechenden Phasen des Schaltvorgangs zur Verfügung gestellt werden, als bei Fahrern, die auf einen ökonomischeren Fahrstil Wert legen. Ein höheres Fahrerwunschmoment MFW bzw. ein höherer Istwert NMOTIST der Motordrehzahl kann dabei so interpretiert und vom ersten Kennfeld 35, vom zweiten Kennfeld 55 oder vom dritten Kennfeld 90 derart umgesetzt werden, dass eine größere jeweilige Momentenreserve in den einzelnen Phasen des Schaltvorgangs gebildet wird, weil von einem Fahrer mit einem Fahrerwunsch für ein spontaneres Ansprechverhalten des Fahrzeugs ausgegangen wird. Bei niedrigerem Fahrerwunschmoment MFW bzw. niedrigerem Istwert NMOTIST der Motordrehzahl wird hingegen von einem verbrauchsbewussteren Fahrer ausgegangen und vom ersten Kennfeld 35, vom zweiten Kennfeld 55 und vom dritten Kennfeld 90 eine entsprechend geringere jeweilige Momentenreserve für die einzelnen Phasen des Schaltvorgangs vorgegeben.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung der Brennkraftmaschine (1) eines Fahrzeugs, insbesondere mit einem automatischen Getriebe oder einem automatisierten Schaltgetriebe, wobei, insbesondere bei einem Schaltvorgang, eine Betriebszustandsgröße der Brennkraftmaschine (1), insbesondere ein Motorausgangsmoment (MSOLL) oder eine Motordrehzahl (NMOTSOLL), vorgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine Momentenreserve (MRES1, MRES2, MRES3) für eine schnelle Einstellung der vorgegebenen Betriebszustandsgröße vorgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Momentenreserve (MRES1, MRES2, MRES3) in Abhängigkeit einer Differenz zwischen der vorgegebenen Betriebszustandsgröße und einem aktuellen Wert der Betriebszustandsgröße vorgegeben wird.

3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Momentenreserve (MRES1, MRES2, MRES3) in Abhängigkeit eines Fahrerwunschmomentes (MFW) oder einer aktuellen Motordrehzahl (NMOTIST) vorgegeben wird.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Momentenreserve (MRES1, MRES2, MRES3) durch Zündwinkelverschiebung, insbesondere durch Zündwinkelverspätung, eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Momentenreserve (MRES1, MRES2, MRES3) in Abhängigkeit der aktuellen Phase eines Schaltvorgangs und/oder einer nachfolgenden Phase des Schaltvorgangs vorgegeben wird.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Phase eines Schaltvorgangs, in der eine Kupplung geöffnet wird, eine erste Momentenreserve (MRES1) vorgegeben wird.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten Phase eines Schaltvorgangs, in der eine neue Gangstufe eingelegt wird, eine zweite Momentenreserve (MRES2) vorgegeben wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, soweit dieser auf Anspruch 6 rückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Momentenreserve (MRES1) in Abhängigkeit der neuen Gangstufe vorgegeben wird.

9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer dritten Phase eines Schaltvorgangs, in der eine Kupplung geschlossen wird, eine dritte Momentenreserve (MRES3) vorgegeben wird.

10. Vorrichtung (120) zur Steuerung der Brennkraftmaschine (1) eines Fahrzeugs, insbesondere mit einem automatischen Getriebe oder einem automatisierten Schaltgetriebe, wobei Mittel (5) zur Vorgabe einer Betriebszustandsgröße der Brennkraftmaschine (1), insbesondere eines Motorausgangsmomentes (MSOLL) oder einer Motordrehzahl (NMOTSOLL), insbesondere bei einem Schaltvorgang, vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass ferner Mittel (10) zur Vorgabe einer Momentenreserve (MRES1, MRES2, MRES3) für eine schnelle Einstellung der vorgegebenen Betriebszustandsgröße vorgesehen sind.