Verfahren zur Vermeidung von Ruckelschwingungen beim Beschleunigen von Kraftfahrzeugen

Abstract

 Bei einem Verfahren zur Vermeidung von Ruckelschwingungen beim Beschleunigen von Kraftfahrzeugen wird die Drosselklappenstellung beeinflußt, wobei zur Umsetzung eines Motor-Momentenverlaufs zwischen einem unteren Momentenanfangswert und einem oberen Momentenzielwert der Verlauf der Drosselklappenstellung zwischen einer dem Momentenanfangswert entsprechenden Anfangsschließstellung und einer dem Momentenzielwert entsprechenden Zielöffnungsstellung verändert wird.
Um Ruckelschwingungen ohne Beeinträchtigung des Beschleunigungsverhaltens und des Abgasverhaltens zuverlässig zu verhindern, weist der Verlauf der Drosselklappenstellung benachbart zur Anfangsschließstellung ein die Drosselklappe öffnendes lokales Maximum und zwischen dem lokalen Maximum und der Zielöffnungsstellung ein die Drosselklappe schließendes lokales Minimum auf.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung von Ruckelschwingungen beim Beschleunigen von Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

[0002] Ruckelschwingungen sind Fahrzeug-Längsschwingungen, die durch Energieeinleitung, insbesondere beim Beschleunigungen des Fahrzeugs, in das Schwingungssystem Motor-Triebstrang-Karosse erzeugt werden. Das Motormoment wird über ein Schwungrad auf den Triebstrang übertragen, der wie eine Torsionsfeder wirkt und unter dem Einfluß des Motormoments zunächst verspannt werden muß. Erfolgt dies durch einen schnellen Momentenaufbau, so kommt es aufgrund der im Schwungrad gespeicherten kinetischen Energie zum Überschwingen des Schwungrades, was sich in der oben genannten Kategorie der Ruckelschwingungen äußert.

[0003] Zur Vermeidung der Ruckelschwingungen können Maßnahmen ergriffen werden, über die das Motormoment phasengerichtet so beeinflußt wird, daß Längsschwingungen des Fahrzeugs verhindert werden. Als derartige Maßnahmen kommen Zündwinkelverstellung, Eingriffe in die Kraftstoffeinspritzung oder die gezielte Beeinflussung der Drosselklappenbewegung in Frage. Bei letzterer wird üblicherweise die Gaspedalbewegung gedämpft in eine Bewegung der Drosselklappe umgesetzt, so daß die Drosselklappe mit geringerer Geschwindigkeit oder zeitverzögert zur Gaspedalbewegung geöffnet wird. Bei dieser Vorgehensweise werden zwar Ruckelschwingungen vermindert, zugleich verschlechtert sich aber das Ansprechverhalten des Fahrzeugs deutlich.

[0004] Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, Ruckelschwingungen ohne Beeinträchtigung des Beschleunigungsverhaltens und des Abgasverhaltens zuverlässig zu verhindern.

[0005] Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

[0006] Um das Fahrzeug ruckelfrei zu beschleunigen, wird durch die Änderung der Drosselklappenstellung gemäß einer vorgegebenen Funktion ein bestimmter, Ruckelschwingungen verhindernder Motor-Momentenverlauf umgesetzt. Ein derartiger Motor-Momentenverlauf wird dadurch erreicht, daß der Verlauf der Drosselklappenstellung ausgehend von einer Anfangsschließstellung zunächst kurzzeitig auf ein lokales Maximum erhöht wird, bei dem die Drosselklappe geöffnet ist. Die Drosselklappe wird anschließend entsprechend dem lokalen Minimum in der Drosselklappenfunktion wieder in Schließstellung versetzt und schließlich der Zielöffnungsstellung entsprechend soweit geöffnet, bis der Momentenzielwert erreicht ist. Der Verlauf der Drosselklappenfunktion ist im wesentlichen unabhängig vom Verlauf der Gaspedalbewegung.

[0007] Bereits unmittelbar nach der Betätigung des Gaspedals wird die Drosselklappe gemäß der Drosselklappenfunktion beaufschlagt, wodurch Totzeiten zwischen der Gaspedalbewegung und der Drosselklappenbewegung praktisch vermieden werden. Durch den Anstieg auf ein lokales Maximum und das darauffolgende Abfallen auf ein lokales Minimum wird ein optimierter Motor-Momentenverlauf nachgebildet, bei dem der Triebstrang durch das Aufbringen eines Momentenimpulses in Vorspannrichtung angeregt wird, während des lokalen Minimums bis zum Umkehrpunkt der Schwingungsauslenkung weiterschwingt und im Umkehrpunkt bei voller Vorspannung mit dem Momentenzielwert beaufschlagt wird. Auf diese Weise ist ein ruckelfreies Beschleunigen mit nahezu maximal möglicher Agilität realisierbar.

[0008] Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß durch die kurzfristige Öffnung der Drosselklappe im Bereich des lokalen Maximums des Drosselklappenverlaufs eine schnelle, verzögerungsfreie Befüllung des Saugrohrs der Brennkraftmaschine mit Ansaugluft ermöglicht wird. Außerdem werden durch die unmittelbare Ansteuerung der Drosselklappe im Bereich des lokalen Maximums Verzögerungen infolge gedämpften Umsetzens der Gaspedalbewegung und infolge Trägheit von Motor- und Steuerungskomponenten vermieden.

[0009] Die Einstellung der Drosselklappe erfolgt zweckmäßig über ein elektrisch betätigbares Stellglied, das mit einer Bestromungsfunktion beaufschlagt wird, durch die der gewünschte Verlauf der Drosselklappenstellung bewirkt wird. Die Bestromungsfunktion ist vorteilhaft als näherungsweise rechteckförmige Funktion mit zeitdiskreten Stromintervallen ausgebildet, die in einfacher Weise erzeugt werden können.

[0010] Die Bestromungsfunktion weist bevorzugt eine Sprungstelle auf, mit der das lokale Maximum im Verlauf der Drosselklappenstellung nachgebildet wird und die als kurzer Rechteckimpuls mit hoher Amplitude ausgebildet ist. Die Sprungstelle bewirkt ein sehr kurzzeitiges, teilweises Öffnen der Drosselklappe, wodurch eine erhebliche Steigerung des Saugrohrdrucks und des Motormoments zu erreichen ist. Hierdurch wird die maximale Fahrzeugbeschleunigung in kürzestmöglicher Zeit erreicht. Bereits eine 100 %-Bestromung der Drosselklappe von 20 ms reicht aus, um die Drosselklappe 20 % zu öffnen und 50 % des maximalen Saugrohrdrucks zu erreichen, wobei sich die maximale Fahrzeugbeschleunigung ruckelfrei nach etwa 180 ms einstellt.

[0011] Um die für ein ruckelfreies Anfahren verantwortliche Momentenfunktion über die Drosselklappenstellung zu realisieren, können die Zeitspannen der verschiedenen Phasen innerhalb der Drosselklappenfunktion auf die Schwingungsdauer der Ruckelschwingung abgestimmt werden. Zweckmäßig beträgt die Zeitspanne zwischen der Anfangsschließstellung und der Zielöffnungsstellung der Drosselklappe etwa 1/4 bis 1/2 der Schwingungsdauer der Ruckelschwingung, wobei der genaue Wert dieser Zeitspanne von der Amplitude und der Dauer des lokalen Maximums in der Drosselklappenfunktion abhängt. Wird das lokale Maximum näherungsweise als Dirac-Impuls realisiert, so reduziert sich die Zeitspanne für das Verspannen des Triebstrangs und das ruckelfreie Aufbringen des Zielmoments auf 1/4. Wird dagegen die Drosselklappenfunktion in leicht zu realisierender Art und Weise als etwa rampenförmiger, stetiger Momentenverlauf zwischen dem lokalen Maximum, dem lokalen Minimum und dem Momentenzielwert vorgegeben, so steigt die Zeitspanne auf 1/2 der Schwingungsdauer der Ruckelschwingung.

[0012] Um eine Beschleunigungsabsicht anhand einer vom Fahrer verursachten Gaspedalbetätigung zu erkennen, wird die Geschwindigkeit des Gaspedals detektiert und eine Drosselklappenänderung bevorzugt für den Fall ausgelöst, daß die Gaspedalgeschwindigkeit oberhalb eines Schwellwerts liegt, der sich in Abhängigkeit unterschiedlicher Parameter bestimmen lassen kann, beispielsweise in Abhängigkeit von der Ausgangsstellung des Gaspedals, der Wegdifferenz zwischen Anfangsstellung und Endstellung des Gaspedals, der Motordrehzahl und des aktuell eingelegten Gangs.

[0013] Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1

den Verlauf der Gaspedalstellung,

Fig. 2

den Verlauf der Bestromungsfunktion des Stellglieds der Drosselklappe,

Fig. 3

den Verlauf der Drosselklappenstellung,

Fig. 4

den Verlauf des Saugrohrdrucks,

Fig. 5

den Verlauf des Motormoments.

[0014] Die in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Schaubilder zeigen jeweils drei Funktionsverläufe, und zwar jeweils einen Verlauf für eine schnelle Beschleunigung (durchgezogene Linie), einen Verlauf für eine langsamere Beschleunigung auf das gleiche Zielniveau (strichpunktierte Linie) und einen Verlauf für eine Beschleunigung auf ein niedrigeres Zielniveau (gestrichelte Linie).

[0015] Gemäß Fig. 1 verläuft die Änderung der Gaspedalstellung St_G bei dem gezeigten Beispiel linear rampenförmig, ausgehend von einer Anfangsstellung, bei der das Gaspedal unbeaufschlagt ist, bis zu einer Endstellung, bei der das Gaspedal der Fahrervorgabe entsprechend auf einen Wert bis maximal 100 % niedergedrückt ist. Bei der durchgezogenen Funktion hat die zum Zeitpunkt t₀ ausgelöste Gaspedalanderung den größten Gradienten, so daß die Endstellung mit einem Maximalwert von 100 % am schnellsten erreicht wird. Bei der strichpunktierten Funktion verläuft der Anstieg flacher, der Endwert beträgt ebenfalls 100 %. Die gestrichelte Funktion stellt den flachsten Anstieg dar mit einem Endwert, der deutlich unter 100 % liegt.

[0016] Die in Fig. 1 dargestellte Stellung St_G des Gaspedals wird in eine in Fig. 2 gezeigte Bestromungsfunktion I umgesetzt, die den Stromverlauf eines elektrischen Stellglieds repräsentiert, über das die Drosselklappe der Brennkraftmaschine eingestellt wird. Die Bestromungsfunktion I, die als Rechteckfunktion ausgebildet ist, beginnt mit geringfügiger zeitlicher Verzögerung zum Zeitpunkt t₁ und steigt sprunghaft auf ein lokales Maximum I_max an. Beim durchgezogenen Verlauf sinkt das Niveau des lokalen Maximums zunächst auf eine deutliche niedrigere Stufe ab und fällt anschließend zum Zeitpunkt t₂ auf ein lokales Minimum I_min, das im Ausführungsbeispiel Null ist. Zum Zeitpunkt t₃ steigt die Stromstärke wieder sprunghaft auf ein der Stellung des Gaspedals entsprechendes Endniveau an.

[0017] Bei den den flacher verlaufenden Gaspedalstellungen entsprechenden Bestromungsfunktionen liegt das Maximum der Stromstärke auf einem geringeren Niveau (strichpunktierte Linie). Gegebenenfalls können auch die Zeitintervalle für die Rechteckimpulse verändert werden, insbesondere verkürzt werden.

[0018] Es kann zweckmäßig sein, nur einen Rechteckimpuls für die Bestromungsfunktion vorzugeben, dessen Amplitude wie gestrichelt dargestellt abgesenkt ist und der sich über eine größere Zeitspanne erstreckt.

[0019] Das lokale Maximum I_max wird als Stromimpuls auf das Stellglied aufgegeben, wodurch ein kurzzeitiges, teilweises Aufschwingen der Drosselklappe bewirkt wird. Hierdurch wird eine schnelle Befüllung des Saugrohrs mit schnellem Druckanstieg erreicht.

[0020] Das lokale Maximum I_max wird mit kurzer zeitlicher Verzögerung zum Zeitpunkt t₁ gegenüber dem Beginn des Anstiegs der Gaspedalstellung zum Zeitpunkt t₀ aufgegeben. In dieser Zeitspanne können durch Meß- und Auswerteeinrichtungen die den Verlauf der Bestromungsfunktion bestimmenden Parameter und damit der Verlauf der Drosselklappenstellung festgelegt werden. Zweckmäßig wird eine Änderung der Drosselklappenstellung durch Beaufschlagung des Stellglieds mit der Bestromungsfunktion ausgelöst, wenn die Änderung der Gaspedalstellung - mithin die Geschwindigkeit des Gaspedals - oberhalb eines Schwellenwerts liegt, der sich aus der Ausgangsstellung des Gaspedals, der Gaspedalwegdifferenz, der Motordrehzahl und/oder der Gangstellung bestimmt. Aus diesen Parametern kann zunächst der Anfangsverlauf der Bestromungsfunktion, insbesondere der Verlauf des lokalen Maximums I_max und des lokalen Minimums I_min, bestimmt werden. Aus weiteren, zyklisch erfaßten Messungen zu einem späteren, nach t₂ liegenden Zeitpunkt kann das Endniveau der Bestromungsfunktion bzw. der Drosselklappenstellung festgestellt werden.

[0021] Fig. 3 zeigt den Verlauf DK der Drosselklappenstellung, die sich als Reaktion auf die Bestromungsfunktion I einstellt. Der Verlauf DK steigt von einer Anfangsschließstellung DK_u beginnend auf ein lokales Maximum DK_max, sinkt anschließend auf ein lokales Minimum DK_min, das bei Null bzw. einem Wert geringfügig über Null liegt, und steigt schließlich auf eine Zielöffnungsstellung DK_o an, mit der entsprechend der Endstellung des Gaspedals die Endgeschwindigkeit bzw. der Zielwert des Motormoments erreicht wird. Die Funktion der Drosselklappenstellung ist bis in die zweite Ableitung stetig.

[0022] Als Reaktion auf die Änderung der Drosselklappenstellung stellt sich der in Fig. 4 gezeigte Verlauf des Saugrohrdrucks p_2S und der in Fig. 5 gezeigte Verlauf des Motormoments M ein. Beide Funktionen steigen wie die Bestromungsfunktion I und die Drosselklappenstellung DK ausgehend von einem Anfangswert auf ein lokales Maximum P_2Smax bzw. M_max, fallen anschließend auf ein lokales Minimum p_2Smin bzw. M_min ab und steigen schließlich auf einen jeweiligen Endwert bzw. Zielwert an. Je nach Fahrervorgabe stellen sich unterschiedlich hohe lokale Maxima und Minima mit entsprechend unterschiedlichen Gradienten ein, wobei der qualitative Verlauf im wesentlichen gleich bleibt. Die Funktionen des Saugrohrdrucks p_2S und des Motormoments M sind wie die Drosselklappenfunktion bis in die zweite Ableitung stetig.

[0023] Die Zeitabstände zwischen lokalem Maximum, lokalem Minimum und Zielwert sind vorteilhaft auf die Schwingungsdauer der Ruckelschwingung abgestimmt. Die Zeitspanne zwischen der Anfangsschließstellung der Drosselklappe bzw. dem Momentenanfangswert und der Zielöffnungsstellung bzw. dem Momentenzielwert beträgt vorzugsweise 1/4 bis 1/2 der Schwingungsdauer der Ruckelschwingung, wobei der genaue Wert von den erreichbaren Gradienten im Verlauf der Drosselklappenstellung bzw. im Verlauf des Motormoments abhängt. Bei sehr steilen Gradienten bewegt sich die Zeitspanne in Richtung 1/4, bei flacheren Gradienten in Richtung 1/2 der Schwingungsdauer der Ruckelschwingung. Die Zeitdauer des lokalen Minimums im Verlauf der Drosselklappenstellung bzw. des Motormoments beträgt unter Berücksichtigung der Kriterien für die Gradienten entsprechend maximal 1/4 der Schwingungsdauer der Ruckelschwingung.

[0024] Die Funktionen werden zum Beschleunigen von links nach rechts durchlaufen. Bei einer Fahrzeugverzögerung werden die Funktionen in entgegengesetzter Richtung von rechts nach links durchlaufen; das Fahrzeug kann entsprechend ruckelfrei verzögert werden.

Ansprüche

1. Verfahren zur Vermeidung von Ruckelschwingungen beim Beschleunigen von Kraftfahrzeugen durch Beeinflussung der Drosselklappenstellung, wobei zur Umsetzung eines Motor-Momentenverlaufs (M) zwischen einem unteren Momentenanfangswert (M_u) und einem oberen Momentenzielwert (M_o) der Verlauf der Drosselklappenstellung (DK) zwischen einer dem Momentenanfangswert (M_u) entsprechenden Anfangsschließstellung (DK_u) und einer dem Momentenzielwert (M_o) entsprechenden Zielöffnungsstellung (DK_o) verändert wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Verlauf der Drosselklappenstellung (DK) benachbart zur Anfangsschließstellung (DK_u) ein die Drosselklappe öffnendes lokales Maximum (DK_max) und zwischen dem lokalen Maximum (DK_max) und der Zielöffnungsstellung (DK_o) ein die Drosselklappe schließendes lokales Minimum (DK_min) aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Drosselklappe über ein elektrisch betätigbares Stellglied eingestellt wird und der Verlauf der Drosselklappenstellung (DK) durch eine das Stellglied beaufschlagende Bestromungsfunktion (I) gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Einstellung des lokalen Maximums (DK_max) des Verlaufs der Drosselklappenstellung (DK) die Bestromungsfunktion (I) einen Sprung aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bestromungsfunktion (I) näherungsweise eine Rechteckfunktion ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das lokale Minimum (DK_min) Null beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zeitspanne zwischen der Anfangsscnließstellung (DK_u) der Drosselklappe und der Zielöffnungsstellung (DK_o) der Drosselklappe 1/4 bis 1/2 der Schwingungsdauer der Ruckelschwingung beträgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dauer des lokalen Minimums (DK_min) maximal 1/4 der Schwingungsdauer der Ruckelschwingung beträgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Änderung der Drosselklappenstellung (DK) ausgelöst wird, wenn die Geschwindigkeit des Gaspedals des Kraftfahrzeugs oberhalb eines gegebenen Schwellwerts liegt.

9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schwellwert durch mindestens einen der folgenden Parameter bestimmt wird: die Ausgangsstellung des Gaspedals, die Gaspedalwegdifferenz, die Motordrehzahl, die Gangstellung.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß vor Beginn der Verstellung der Drosselklappe aus einer die Brennkraftmaschine beschreibenden Zustandsgröße ein Rohwert des oberen Momentenzielwerts zur Ansteuerung der Drosselklappe bestimmt wird und in zeitdiskreten Abständen der aktuelle Momentenzielwert anhand der aktuellen Zustandsgröße korrigiert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zustandsgröße die Gaspedalgeschwindigkeit ist.

Zeichnung