Vefahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines Ausgabedrehmoments

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Ausgabedrehmoments, um ein Pedalspiel eines einer Brennkraftmaschine zugeordneten Fahrpedals zu vermeiden. Dabei wird ein Korrekturdrehmoment M_uffset berechnet, dass von der Einschaltdrehzahl N_act der Leerlaufregelung, der aktuellen Drehzahl und das von der Leerlaufregelung berechnete Leerlaufdrehmoment M_IS abhängt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Ausgabedrehmoments nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 1 und 9.

[0002] Zur Ermittlung eines vom Fahrer gewünschten Drehmoments werden E-Gaspedalgeber eingesetzt. Im Gegensatz zu mechanischen Gaspedal, die bei beispielsweise mit Benzin betriebenen Brennkraftmaschinen über Bowdenzug direkt an die Drosselklappe angeschlossen sind, geben die E-Gaspedalgeber lediglich ein elektrisches Signal ab, dass die Drehmomentanforderung des Fahrers zum Ausdruck bringt. Eine Drehmomentstruktur erhält die Informationen von dem E-Gaspedalgeber, von einer Leerlaufregelung und diversen anderen im Kraftfahrzeug befindlichen Verbrauchern. Aus diesen gesammelten Informationen wird das erforderliche Drehmoment berechnet. Dieses berechnete Drehmoment wird anhand der diversen Aktuatoren der Brennkraftmaschine (z. B. elektrisch betriebene Drosselklappe) eingestellt. Durch das E-Gas besteht keine direkte Verbindung zwischen Fahrer und der Brennkraftmaschine. Wie später näher erläutert wird, besteht die Möglichkeit, dass bei niedrigen Drehzahlen, insbesondere um die Leerlaufdrehzahl, ein Pedalspiel vorhanden ist. Darunter ist zu verstehen, dass ein Fahrer einer Brennkraftmaschine das E-Gaspedal über einen gewissen Bereich bewegt, ohne eine Reaktion der Brennkraftmaschine zu erhalten. Dies tritt vor allem dann auf, wenn sich die Brennkraftmaschine sich im Leerlauf befindet. Die Leerlaufregelung der Brennkraftmaschine verlangt ein minimales Drehmoment von beispielsweise ca. 40 Nm, bei möglichst niedrigster Drehzal die Brennkraftmaschine in einem stabilen Betriebszustand zu halten. Befindet sich der Pedalgeber des E-Gas in seiner Anfangsstellung - also 0% - , so fordert der Fahrer kein Drehmoment der Brennkraftmaschine an. Bewegt der Fahrer den Pedalgeber reagiert die Brennkraftmaschine solange nicht, bis der vom Fahrer angeordnete Drehmoment über dem von der Leerlaufregelung angeforderte Drehmoment liegt. Dazu muss der Fahrer den Pedalgeber um ca. 6% aus einer Anfangsposition auslenken, d. h. zwischen 0 und 6% der Pedalstellung spürt der Fahrer keine Reaktion der Brennkraftmaschine.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung zu der Ermittlung eines Ausgabedrehmoments vorzustellen, dass im gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine der Pedalgeber bzw. das Fahrpedal spielfrei ist.

[0004] Die Erfindung wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruch 1 und durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 9 gelöst.

[0005] Die Erfindung zeichnet sich durch ein Verfahren bzw. Vorrichtung zur Ermittlung eines Ausgabe-Drehmoments aus, um ein Pedalspiel eines einer Brennkraftmaschine zugeordneten Fahrpedals zu vermeiden. Dabei wird ein zweites Drehmoment für eine, insbesondere dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine entsprechende stabile, Leerlaufdrehzahl berechnet. Dies kann beispielsweise durch eine Leerlaufregelung durchgeführt werden. Die aktuelle Drehzahl der Brennkraftmaschine kann beispielsweise mittels eines Drehzahlsensors gemessen werden. Von einer weiteren Drehzahl und von der aktuellen Drehzahl wird die Differenz gebildet, die den Zähler eines Quotienten bildet. Außerdem wird von der weiteren Drehzahl und von der Leerlaufdrehzahl die Differenz gebildet, die den Nenner des Quotienten bildet. Dieser Quotient wird mit dem zweiten Drehmoment multipliziert und ergibt ein erstes Drehmoment. Eine solche Berechnung erfolgt beispielsweise in einer Korrektureinheit.

[0006] Dieses erfindungsgemäße Verfahren bzw. erfindungsgemäße Vorrichtung haben den Vorteil über diesen gesamten Leerlaufbereich der Brennkraftmaschine dem Fahrer den Eindruck zu vermitteln, dass die Brennkraftmaschine den Gaspedalbewegungen unmittelbar folgt und reagiert. Mittels dieser Erfindung hängt der Motor am Gas.

[0007] Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist es die Berechnung des zweiten Drehmoments erst dann auszuführen, wenn die aktuelle Drehzahl unterhalb der weiteren Drehzahl bzw. Einschaltdrehzahl liegt. Oberhalb dieser Einschaltdrehzahl kann das erste Drehmoment gleich 0 gesetzt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Korrekturberechnungen oberhalb der Einschaltdrehzahl abgeschlossen sind. Damit wird vermieden, dass die Motorsteuerung in höheren Drehzahlbereichen mit zusätzlichen Berechnungsfunktionen belastet wird. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung beispielhaft erläutert. Dabei zeigt:

Figur 1B

einen zeitlichen Verlauf eines Pedalgebers;

Figuren 1A, 1C

die entsprechenden Drehmomentverläufe mit und ohne Korrektur nach dem Stand der Technik;

Figur 3A

einen zeitlichen Verlauf der Drehzahl; und

Figur 3B

der zeitliche Verlauf des Drehmoments gemäß der Erfindung.

[0008] Figuren 1A bis 1C weisen dieselbe Zeitachse und Zeiteinteilung auf. In Figur 1B ist der zeitliche Verlauf einer Pedalstellung eingezeichnet. Zum Zeitpunkt t₀ wird das Pedal bis zum Zeitpunkt t₃ linear durchgedrückt. Zwischen Zeitpunkten t₃ und t₄ befindet sich das Pedal im Volleinschlag. Von dem Zeitpunkt t₄ wird das Fahrpedal linear in seine Ausgangsstellung bis zum Zeitpunkt t₆ zurückgefahren. Dies entspräche einem Vollgasgeben, zwischen t₃ und t₄ im Vollgasbereich fahren, und anschließend zwischen t₄ und t₆ den Fuß vom Gaspedal nehmen. Beim Gasgeben ohne Korrektur ergibt sich das daraus resultierende in Figur 1a abgebildete Drehmoment. Die Brennkraftmaschine befindet sich im Bereich a im Leerlauf. Obwohl das Gaspedal zum Zeitpunkt t₀ bereits betätigt wird, reagiert die Brennkraftmaschine erst zum Zeitpunkt t₁ auf die Bewegung des Pedalgebers. Zwischen den Zeitpunkten t₀ und t₁ ergibt sich somit ein Pedalspiel von PV_reac. 6% vom Vollausschlag sind als Pedalspiel üblich. In Figur 1b sind sogar 24% Pedalspiel eingezeichnet. Das maximale von der Brennkraftmaschine zur Verfügung stehende Drehmoment M_max wird zum Zeitpunkt t₃ erreicht. Bis zum Zeitpunkt t₄ wird das maximale Drehmoment M_max von der Brennkraftmaschine ausgegeben. Danach fällt das Drehmoment linear ab bis zum Leerlaufdrehmoment M_IS zum Zeitpunkt t₅. Danach liefert die Brennkraftmaschine das Leerlaufdrehmoment M_IS. Die Bereiche a und e geben Leerlaufbereiche an. Die Bereich b und d geben Teillastbereiche an. Und der Bereich c gibt den Volllastbereich der Brennkraftmaschine an. Wie zu erkennen ist, folgt die Drehmomentausgabe M_res der Pedalbewegung nur innerhalb des Zeitbereichs t₁ und t₅- Sobald der Fahrer ein geringeres Drehmoment als das Leerlaufdrehmoment M_IS von der Brennkraftmaschine verlangt, spürt der Fahrer von der Brennkraftmaschine keine Reaktion.

[0009] In Figur 1C ist der zeitliche Verlauf eines korrigierten Drehmoments nach dem Stand der Technik abgebildet, das der in Figur 1B abgebildete zeitliche Pedalverlauf entspricht. Das Ausgabedrehmoment M_RIS befindet sich bis zum Zeitpunkt t₀ im Leerlauf M_IS. Sobald zum Zeitpunkt t₀ das Pedal verschoben wird erhöht sich das in Figur 1C abgebildete Drehmoment jedoch erreicht das maximale Drehmoment M_max bereits zum Zeitpunkt t₂, obwohl das Gaspedal den Vollaufschlag von 100% noch nicht erreicht hat. Zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₄ liefert die Brennkraftmaschine das maximale Drehmoment M_max. Zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ spürt der Fahrer ebenfalls keine Reaktion. Damit verlagert sich das Pedalspiel in den oberen Drehzahlbereich. Nach erreichen des Vollausschlags kann die Motorsteuerung diesen Vollausschlag dem maximalen Drehmoment M_max gleichsetzen, so dass wie in den Bereichen t₄ und t₅ zu sehen ist, dass Ausgabedrehmoment der Pedalbewegung folgt. Sobald das Gaspedal seine Ausgangsstellung erreicht wird wie in t₀ das vom Fahrer gewünschte Drehmoment auf das Leerlaufdrehmoment M_IS aufaddiert. So verschiebt sich das Pedalspiel je nach Fahrbedingung in den höheren bzw. in den niedrigen Leerlaufbereichen.

[0010] In Figur 2 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung abgebildet. Die Vorrichtung 1 umfasst ein auf der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine montiertes Zahnrad 2 mit Geberzähnen 3, einem Drehzahlsensor 4, eine Leerlaufregelung 5, eine Korrektureinheit 6, eine Addiereinheit 7, ein Pedalstellgeber 8 und eine Pedalstelleinheit 9 mit einem Kennfeld KF. Der Drehzahlsensor 4 zählt die an ihm vorbeilaufenden Geberzähnen 3 und mist somit die aktuelle Drehzahl N. Der Ausgang des Drehzahlsensors 4 ist an dem Eingang der Leerlaufregelung 5 angeschlossen. Die Leerlaufregelung 5 schaltet sich ein, sobald die aktuelle Drehzahl N kleiner gleich einer Einschaltdrehzahl N_act ist. Als Sollwert erhält die Leerlaufregelung 5 die Leerlaufdrehzahl N_soll. Mit diesen Informationen berechnet die Leerlaufregelung 5 das erforderliche Leerlaufdrehmoment M_IS. Der Ausgang der Leerlaufregelung ist an den Eingang der Korrektureinheit 6 angeschlossen. Die Korrektureinheit 6 berechnet das erste Drehmoment bzw. das Korrekturdrehmoment M_offset.

[0011] Bei der Berechnung wird zuerst die Differenz aus der Einschaltdrehzahl N_act und der aktuellen Drehzahl N gebildet, die den Zähler eines Quotienten bildet. Anschließend wird die Differenz von der Einschaltdrehzahl N_act von der Leerlaufdrehzahl N_soll gebildet, die den Zähler des oben erwähnten Quotienten darstellen. Dieser Quotient wird mit dem zweiten Drehmoment bzw. Leerlaufdrehmoment multipliziert. Dabei ist das Korrekturdrehmoment Mo_ffset gleich 0, wenn die aktuelle Drehzahl über der Einschaltdrehzahl N_act ist. Der Ausgang der Korrektureinheit 6 ist an einem ersten Eingang der Addiereinheit 7 angeschlossen.

[0012] Der Ausgang des Pedalstellgebers 8 ist an den Eingang der Pedalstelleinheit 9 angeschlossen. Aus dem Kennfeld KF wird das vom Fahrer gewünschte Drehmoment M_PV ausgegeben. Der Ausgang der Pedalstelleinheit 9 ist an den zweiten Eingang der Addiereinheit 7 angeschlossen. Die beiden Drehmomente Mo_ffset und M_PV werden in der Addiereinheit 7 aufaddiert und ergeben das Ausgabedrehmoment M_res.

[0013] Anhand der Figuren 3a und b wird das erfindungsgemäße Verfahren erläutert. Dabei zeigt Figur 3a die Änderung der Drehzahl in Abhängigkeit von der Zeit. Figur 3b zeigt die Änderung des Drehmoments in Abhängigkeit der Zeit, wobei die Zeitachsen in den Figuren 3a und b identisch sind. In Figur 3a ist eine Wannenartige Kurve gezeigt, wobei die aktuelle Drehzahl der Brennkraftmaschine ab dem Zeitpunkt t₇ die Einschaltdrehzahl N_act unterschreitet. Die aktuelle Drehzahl N bleibt unterhalb dieser Einschaltdrehzahl N_act bis zum Zeitpunkt t₁₀. Zum Zeitpunkt t₈ erreicht die Brennkraftmaschine die Leerlaufdrehzahl N_soll und bleibt auf dieser Leerlaufdrehzahl N_soll bis zum Zeitpunkt t₉. Ab dem Zeitpunkt t₉ erhöht sich die aktuelle Drehzahl, wobei ab dem Zeitpunkt t₁₀ die aktuelle Drehzahl größer als die Einschaltdrehzahl N_act ist.

[0014] In Figur 3b sind drei Drehmomentkurven eingezeichnet. Die gestrichelte Kurve stellt das Leerlaufdrehmoment M_IS dar. Die strichpunktierte Kurve stellt das vom Fahrer gewünschten Drehmoments M_PV dar. Die durchgezogene Kurve gibt das Ausgabedrehmoment M_res wieder. Wie aus der Figur 3b zu erkennen ist überlappen sich die durchgezogene und die strichpunktierte Linie vor dem Zeitpunkt t₇ und nach dem Zeitpunkt t₁₀. Zwischen den Zeitpunkten t₇ und t₁₀ ist die Leerlaufregelung 5 aktiv und gibt ein entsprechendes Leerlaufdrehmoment M_IS aus. Außerhalb dieses Zeitbereichs t₇ und t₁₀ ist die Leerlaufregelung 5 inaktiv. Ab dem Zeitpunkt t₇ sitzt die Leerlaufregelung 5 sprunghaft ein. Dabei wird das Fahrpedal vom Zeitpunkt t₇ bis zum Zeitpunkt t₈ auf seine Ausgangsposition von 0% zurückgefahren. Dort verbleibt es bis zum Zeitpunkt t₉. Ab dann wird das Fahrpedal wieder betätigt. Anhand des in der Pedalstelleinheit 9 abgespeicherten Kennfeldes KF werden die Pedalbewegungen in entsprechende Drehmomentswünsche des Fahrers M_PV wie in der Figur 3b strichpunktiert dargestellt umgedeutet. Zwischen den Zeitpunkten t₇ und t₁₀ wird von der Korrektureinheit 6 wie oben beschrieben das Korrekturdrehmoment M_offset berechnet. Durch die Addition des Korrekturdrehmoments M_offset auf das vom Fahrer gewünschten Drehmoments M_PV ergibt sich das Ausgabedrehmoment M_res wie aus der Figur 3b zu erkennen ist ist das Korrekturdrehmoment M_offset gleich dem Leerlaufdrehmoment M_is.

[0015] Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren und dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung ist sichergestellt, dass am Pedalstellgeber für den Fahrer kein Spiel erkennbar ist.

Ansprüche

1. Verfahren zur Ermittlung eines Ausgabedrehmoments (M_res) um ein Pedalspiel einer Brennkraftmaschine zugeordneten Fahrpedals zu vermeiden, wobei ein zweites Drehmoment (M_IS) für eine, insbesondere dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine entsprechend stabile, Leerlaufdrehzahl (N_soll) berechnet wird und die aktuelle Drehzahl (N) der Brennkraftmaschine gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass von einer weiteren Drehzahl (N_act) und von der Leerlaufdrehzahl (N_soll) die Differenz gebildet wird, die den Nenner des Quotienten bildet, wobei die Multiplikation des Quotienten mit dem zweiten Drehmoment (M_IS) ein erstes Drehmoment (M_offset) ergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Drehzahl (N_act) einer Einschaltdrehzahl (N_act) entspricht, wobei das zweite Drehmoment (M_IS) erst berechnet wird, wenn die aktuelle Drehzahl (N) kleiner gleich der Einschaltdrehzahl (N_act) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschaltdrehzahl (N_act) zwischen 500 Umin^-1 und 1500 Umin^-1 liegt.

4. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Drehmoment (M_IS) durch eine Leerlaufregelung der Brennkraftmaschine berechnet wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Drehmoment (M_offset) gleich Null ist, wenn die aktuelle Drehzahl (N) größer ist als die Einschaltdrehzahl (N_act) ist.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Drehmoment (M_offset) bei maximaler Pedalstellung (PV_max) gleich null ist.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer Pedalstellung (PV) zugeordnetes Drehmoment (M_PV) mit dem ersten Drehmoment (M_offset) addiert wird.

8. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Drehmoment (M_IS) von mindestens einem an der Brennkraftmaschine angeschlossenen Verbraucher abhängt.

9. Vorrichtung zur Ermittlung eines Ausgabe-Drehmoments (M_res) mit einem Drehzahlsensor zur Messung der aktuellen Drehzahl (N) einer Brennkraftmaschine, mit einer Leerlaufregelung (5) zur Berechnung eines zweiten Drehmoments (M_IS), an die der Drehzahlsensor (4) angeschlossen ist, mit einer Korrektureinheit (6)zur Berechnung eines ersten Drehmoments (M_offset), an die der Ausgang der Leerlaufregelung (5) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinheit (6) eine erste Differenz von einer weiteren Drehzahl (N_act) und von der aktuellen Drehzahl und eine zweite Differenz von der weiteren Drehzahl (N_act) und von einer vom zweiten Drehmoment (M_IS) abhängigen Leerlaufdrehzahl (N_soll) bildet, wobei die Korrektureinheit (6) einen Quotienten aus der ersten und zweiten Differenz berechnet, wobei am Ausgang der Korrektureinheit (6) die Multiplikation des Quotienten mit dem zweiten Drehmoment (M_IS) anliegt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Pedalstellgeber (8), eine Pedalstelleinheit (9) mit einem Kennfeld (KF) und eine Addiereinheit (7) aufweist, wobei der Pedalstellgeber an dem Eingang der Pedalstelleinheit (9) angeschlossen ist und die Ausgänge der Pedalstelleinheit (9) und der Korrektureinheit (6) an die entsprechenden Eingänge der Addiereinheit (7) angeschlossen sind.

Zeichnung