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Dokumentenidentifikation DE102004001880A1 11.08.2005
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Gangerkennung bei einem Kraftfahrzeug
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Kettenacker, Guenter, 71711 Steinheim, DE;
Schernewski, Ralf, 76133 Karlsruhe, DE
DE-Anmeldedatum 14.01.2004
DE-Aktenzeichen 102004001880
Offenlegungstag 11.08.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.08.2005
IPC-Hauptklasse F16H 63/42
IPC-Nebenklasse F16H 59/70   
Zusammenfassung Ein Verfahren zur Gangerkennung bei einem Kraftfahrzeug mit einer Antriebseinheit und mit einem mit der Antriebseinheit verbundenen Getriebe ist dadurch gekennzeichnet, daß auf Gangwechsel aufgrund eines Vergleichs von dem Getriebe zugeordneten, vorgegebenen Getriebeübersetzungsverhältnissen mit vorgebbaren Schwellenwerten geschlossen wird.

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Gangerkennung bei einem Kraftfahrzeug.

Kraftfahrzeuge sind im allgemeinen mit einem zwischen der Antriebseinheit (Motor) und den angetriebenen Rädern angeordneten Getriebe ausgerüstet. Solch ein Getriebe weist mehrere Übersetzungsstufen auf. Die Kenntnis der jeweils eingelegten Übersetzung des Getriebes ist als Eingangsgröße für vielfältige Regelungs- und/oder Steuerungssysteme des Kraftfahrzeugs erforderlich.

Als ein Beispiel eines solchen Regelungs- bzw. Steuerungssystem ist eine Antriebs-Schlupfregelung (ASR) zu nennen. Durch die Regelung des Schlupfes wird das Durchdrehen der Antriebsräder eines Kraftfahrzeuges infolge eines Überschußmoments geregelt bzw. gesteuert. Dabei wird davon ausgegangen, daß ein durchdrehendes Rad, ebenso wie ein blockierendes Rad, keine Seitenführungskräfte übertragen kann, wodurch ein durchdrehendes Rad insbesondere bei einem hinterradangetriebenen Fahrzeug zu Stabilitätsverlusten führt. Für eine Antriebsschlupfregelung ist es vorteilhaft, zur Berechnung der Kräfte bzw. der Momente an den Antriebsrädern, die Momentenverstärkung zwischen dem Motor und den Antriebsrädern zu kennen. Dadurch kann unabhängig von der eingelegten Gangstufe des Getriebes das Radmoment, das proportional zur Radkraft bzw. dem Radschlupf ist, ermittelt und beeinflußt werden.

Aus dem Stand der Technik ist es ferner bekannt, bei Kraftfahrzeugen mit einem handgeschalteten Getriebe aus den Signalen der mittleren Antriebsradgeschwindigkeit und der Motordrehzahl die eingelegte Gangstufe zu ermitteln. Hierzu wird der Quotient aus der Motordrehzahl und der Antriebsradgeschwindigkeit gebildet und durch Vergleich mit für die einzelnen Gangstufen geltenden Grenzschwellen die aktuell eingelegte Gangstufe ermittelt. Die Grenzschwellen werden dabei so appliziert, daß durch Schwingungen im Antriebsstrang hervorgerufene Schwingungen des vorgenannten Quotienten toleriert werden. Den einzelnen Gangstufen werden dann die tatsächlichen mechanischen Übersetzungen des Getriebes einschließlich der Differentialübersetzung zugeordnet. Hierdurch kann das Radmoment bzw. die Radkraft bzw. der Radschlupf ermittelt und beeinflußt werden.

Die DE 43 33 822 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gangerkennung bei einem Kraftfahrzeug mit einer Antriebseinheit und einem über eine Wandlereinheit mit der Antriebseinheit wirkverbundenen, automatisch seine Übersetzungen ändernden Getriebe bekannt, wobei wenigstens zwei Räder des Kraftfahrzeugs angetrieben werden. Bei diesem Verfahren wird zur Gangerkennung die mittlere Radgeschwindigkeit bzw. die mittlere Raddrehzahl der angetriebenen Räder erfaßt und/oder ermittelt und die Ausgangsdrehzahl der Antriebseinheit erfaßt. Weiterhin wird eine das Verhältnis der Ausgangsdrehzahl der Antriebseinheit zu der mittleren Radgeschwindigkeit bzw. der mittleren Raddrehzahl repräsentierende Größe gebildet. Diese Größe wird dann mit wenigstens zwei Schwellwerten verglichen, wobei aus dem Vergleichsergebnis auf Hoch- bzw. Rückschaltvorgänge des Getriebes geschlossen wird. Ausgehend von der vor dem Vergleich eingestellten Übersetzung kann dann bei Kenntnis von Hoch- bzw. Rückschaltvorgängen auf die aktuell eingestellte Übersetzung des Getriebes geschlossen werden.

Die vorgenannten Verfahren und Vorrichtungen zur Gangerkennung bei einem Kraftfahrzeug kommen vornehmlich bei Personenkraftfahrzeugen zum Einsatz. Aufgrund einer geringen Schwingneigung des Antriebsstrangs dieser Fahrzeuge, die geringe Anzahl von Gängen und den großen Abstand des Übersetzungsverhältnisses zwischen den einzelnen Gangstufen kann ein Leergang zwischen zwei Gangstufen erkannt werden.

Bei der Verwendung derartiger Verfahren in einem Nutzkraftwagen treten jedoch Probleme auf, da im Gegensatz zu einem Personenkraftwagen, der normalerweise über 6 Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang verfügt, bei Nutzkraftwagen bis zu 16 Vorwärts- und zwei Rückwärtsgänge vorgesehen sind. Durch den sich dadurch ergebenden geringen Abstand des Übersetzungsverhältnisses und die stärkere Neigung zu Schwingungen des Nutzkraftwagen-Antriebsstrangs können nicht nur die Leergänge zwischen zwei Betriebsstufen oft nicht erkannt werden, sondern auch kurzzeitige Fehldetektionen, das heißt fälschliche Erkennungen eines Gangwechsels auftreten. Zusätzlich hierzu ist auch die Applikation der Gangerkennung sehr aufwendig und damit fehlerträchtig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Gangerkennung bereitzustellen, das mit nur geringem Applikationsaufwand einfach und zuverlässig die Gangstufen bei Nutzkraftwagen ohne Fehldetektion zu erkennen ermöglicht.

Vorteile der Erfindung

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Gangerkennung bei einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 7 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.

Grundidee der Erfindung ist es, statt auf komplizierte und aufwendige Art und Weise zu berechnende obere und untere Übersetzungsverhältnisschwellen direkt die vom Hersteller bereitgestellten Getriebeübersetzungsverhältnisse zur Gangerkennung zu verwenden. Durch Vergleich der Getriebeübersetzungsverhältnisse mit vorgebbaren ersten Schwellenwerten werden Gangwechsel erkannt. Um die stärkere Schwingneigung des Nutzkraftwagen-Antriebsstranges zu berücksichtigen, muß diese Gangerkennung verifiziert und damit gewissermaßen entprellt werden. Dies geschieht entweder durch Vergleich mit vorgebbaren zweiten Schwellenwerten und/oder durch Warten, bis eine vorgebbare Entprellzeit abgelaufen ist und/oder durch Prüfen, ob das Kupplungspedal gedrückt wurde.

Zeichnung

Weitere Vorteile und Merkmale sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.

In der Zeichnung zeigen:

1 schematisch die Getriebeübersetzungsverhältnisse eines Nutzkraftwagens;

2 schematisch eine Vorrichtung zur Erkennung und Verifizierung von Gangwechseln eines Nutzkraftwagens in Form einer Schaltungsanordnung und

3 schematisch den zeitlichen Ablauf der Erkennung und Verifizierung eines Gangwechsels bei einem Nutzfahrzeug.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

In 1 sind schematisch die Getriebeübersetzungsverhältnisse eines Nutzkraftwagens, der über 16 Vorwärtsgänge 1, ... 16 sowie zwei Rückwärtsgänge r1, r2 verfügt. Aus 1 ist ersichtlich, daß die Getriebeübersetzungsverhältnisse bei einem Nutzkraftwagen sehr eng beieinanderliegen, so daß die Applikation von aus dem Stand der Technik für Personenkraftwagen bekannte Verfahren zur Gangerkennung bei Kraftfahrzeugen nicht ohne weiteres auf Nutzkraftwagen übertragbar sind.

Ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Gangerkennung bei einem Nutzkraftwagen wird nachfolgend in Verbindung mit 2 und 3 näher erläutert.

Ausgehend von einem erkannten Gang wird in einer Schaltungseinheit 200 geprüft, ob das Getriebeübersetzungsverhältnis r eine erste Schwelle S1 = rn – &agr;(rn – rn+1) unterschreitet oder ob das Getriebeübersetzungsverhältnis r eine Schwelle S2 = rn + &agr;(rn–1 – rn) überschreitet.

Wenn ersteres der Fall ist, wird in einer Schaltungseinheit 210 geprüft, ob entweder eine vorgebbare Entprellzeit tmin überschritten ist, oder ob das Kupplungspedal gedrückt ist oder ob das Getriebeübersetzungsverhältnis r einen dritten Schwellenwert S3 = rn – &bgr;(rn – rn+1) unterschreitet. Sofern eines dieser Kriterien erfüllt ist, wird in einer Schaltungseinheit 220 bestätigt, daß ein Gangwechsel von einer Gangstufe n in eine Gangstufe n+1, das heißt ein Hochschalten des Getriebes vorliegt. Ein diese Gangänderung repräsentierendes Signal wird der Schaltungseinheit 200 zugeführt.

Wenn dagegen in Schaltungseinheit 200 festgestellt wird, daß das Getriebeübersetzungsverhältnis r größer ist als der Schwellenwert S2 ist, wird in Schaltungseinheit 215 wiederum geprüft, ob die Entprellzeit überschritten ist, oder ob das Kupplungspedal gedrückt ist oder ob das Getriebeübersetzungsverhältnis r größer ist als ein vierter Schwellenwert S4 = rn + &bgr;(rn–1 – rn). Wenn eines dieser Kriterien erfüllt ist, wird in einer Schaltungseinheit 225 verifiziert, daß ein Gangwechsel von der Gangstufe n auf die Gangstufe n-1, das heißt ein Herunterschalten des Getriebes stattgefunden hat, und es wird ein dieses Herunterschalten repräsentierendes Ausgangssignal der Schaltungseinheit 200 zugeführt. In den Schaltungseinheiten 210 bzw. 215 wird demnach jeweils durch Vergleich mit den Schwellwerten S1 und S2 überprüft, ob ein Gangwechsel stattgefunden hat, wobei der Faktor &agr; dabei dem applizierbaren Anteil des Übersetzungsverhältnisabstands zwischen dem aktuellen und dem jeweils nächsten Gang entspricht. Der Wert &agr; bewegt sich zwischen 0,50 und 0,80. Da diese Schwellen S1, S2 auch durch starke Schwingungen des Antriebsstranges über- bzw. unterschritten werden können, müssen die nicht gangwechselbedingten Schwellenüberschreitungen erkannt werden. Wenn daher das aktuelle Fahrgeschwindigkeit-zu-Motordrehzahl-Verhältnis innerhalb einer applizierbaren Zeit wieder unter bzw. über die jeweilige Grenze fällt, kann davon ausgegangen werden, daß kein Gangwechsel stattgefunden hat. Die applizierbare Zeit muß größer sein als die halbe maximal auftretende Schwingungsperiode, um Antriebsstrangschwingungen nicht fälschlicherweise als Gangwechsel zu erkennen.

Bei einer gedrückten Kupplung treten keine Schwingungen des Fahrgeschwindigkeit-zu-Motordrehzahl-Verhältnisses auf, vielmehr wird bei gedrückter Kupplung in den meisten Fällen tatsächlich ein Gangwechsel durchgeführt.

Der Faktor &bgr;, der zur Berechnung der erweiterten Schwellenwerte S3, S4 erforderlich ist, ist größer als der Faktor &agr;, er bewegt sich zwischen 1,00 und 1,50.

Der zeitliche Ablauf des vorbeschriebenen Verfahrens zur Gangwechselerkennung mittels der in 2 dargestellten Schaltungsanordnung wird nachfolgend in Verbindung mit 3 näher- erläutert. Dargestellt sind ausgehend von einem Getriebeübersetzungsverhältnis rn die Faktoren &agr; sowie &bgr; zur Bestimmung der Schwellenwerte S1, S2 sowie S3, S4. Im unteren Bereich der Figur ist schematisch ein Signal ("state") dargestellt, das sich ändert, wenn das Getriebeübersetzungsverhältnis r die Schwellenwerte überschreitet. Ein weiteres Signal ("gear") ändert sich bei einem durchgeführten Gangwechsel.

In dem mit I dargestellten Bereich fand kein Gangwechsel statt, sondern lediglich eine Schwingung des Antriebsstrangs, obwohl der Schwellenwert S1 überschritten wurde, was durch eine Änderung des state-Signals signalisiert wird. Aufgrund der zusätzlichen Kriterien, nämlich Prüfung, ob die Entprellzeit tmin abgelaufen ist, was bei der mit I bezeichneten Schwingung nicht der Fall ist, oder ob der Schwellenwert S3 überschritten wurde, was ebenfalls bei der mit I bezeichneten Schwingung nicht der Fall ist, erlaubt die Feststellung, daß kein Gangwechsel vorliegt (keine Änderung des gear-Signals).

Bei dem mit II bezeichneten Verlauf des Getriebeübersetzungsverhältnisses über der Zeit fand dagegen ein sehr schneller Gangwechsel innerhalb der Entprellzeit tmin statt. Der Gangwechsel wird durch Überschreiten des Schwellenwerts S3 erkannt. Der Gangwechsel äußert sich in einer Änderung sowohl des state-Signals als auch des gear-Signals (gestrichelt dargestellt).

Bei dem mit III bezeichneten zeitlichen Verlauf des Getriebeübersetzungsverhältnisses handelt es sich dagegen um einen normalen Gangwechsel. Der Schwellwert S1 wird auch nach Ablauf der Entprellzeit tmin überschritten. Das Überschreiten des Schwellenwertes S1 wird zunächst durch eine Änderung des state-Signals erkannt. Da diese Änderung auch nach Ablauf der Entprellzeit tmin besteht, wird auf einen Gangwechsel geschlossen, was sich in einer Änderung des gear-Signals äußert (durchgezogene Linien).


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Gangerkennung bei einem Kraftfahrzeug mit einer Antriebseinheit und mit einem mit der Antriebseinheit verbundenen Getriebe, dadurch gekennzeichnet, daß auf Gangwechsel aufgrund eines Vergleichs zwischen einem jeweils einer Gangstufe zugeordneten Getriebeübersetzungsverhältnis (r) und vorgebbaren, aus den Getriebeübersetzungsverhältnissen ableitbaren Schwellenwerten (S1, S2, S3, S4) geschlossen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen Gangwechsel geschlossen wird, wenn das Getriebeübersetzungsverhältnis einer eingelegten Gangstufe die aus den Getriebeübersetzungsverhältnissen ableitbaren Schwellenwerte (S1, S2) über- bzw. unterschreitet, und daß ein so erkannter Gangwechsel nur dann bestätigt wird, wenn wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:

    – eine vorgebbare Entprellzeit (tmin) ist abgelaufen;

    – das Getriebeübersetzungsverhältnis (r) über- bzw. unterschreitet vorgebbare weitere aus den Getriebeübersetzungsverhältnissen ableitbare Schwellenwerte (S3, S4);

    - ein Kupplungspedal ist gedrückt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen Gangwechsel in eine höhere Gangstufe geschlossen wird, wenn das Getriebeübersetzungsverhältnis (r) gleich ist oder kleiner ist als ein erster Schwellenwert S1 = rn – &agr;(rn – rn+1), wobei rn das Übersetzungsverhältnis der eingelegten Gangstufe n bedeutet und &agr; ein vorgebbarer Wert zwischen 0,50 und 0,80 beträgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen Wechsel in die nächstniedrige Gangstufe dann geschlossen wird, wenn das Getriebeübersetzungsverhältnis (r) gleich ist oder größer ist als ein zweiter Schwellenwert S2 = rn + &agr;(rn–1 – rn), wobei rn das Getriebeübersetzungsverhältnis der Gangstufe n ist und &agr; ein vorgebbarer Wert zwischen 0,50 und 0,80 ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gangwechsel in die nächsthöhere Gangstufe dann bestätigt wird, wenn das Getriebeübersetzungsverhältnis einen erweiterten Schwellenwert S3 = rn – &bgr;(rn – rn+1) unterschreitet, wobei rn das Getriebeübersetzungsverhältnis der Gangstufe n ist und &bgr; ein vorgebbarer Wert zwischen 1,00 und 1,50 ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gangwechsel in die nächstniedrige Gangstufe dann bestätigt wird, wenn das Getriebeübersetzungsverhältnis einen erweiterten Schwellenwert S4 = rn + &bgr;(rn–1 – rn) überschreitet, wobei rn das Getriebeübersetzungsverhältnis der Gangstufe n und &bgr; ein vorgebbarer Wert zwischen 1,00 und 1,50 ist.
  7. Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens zur Gangerkennung bei einem Kraftfahrzeug mit einer Antriebseinheit und mit einem mit der Antriebseinheit verbundenen Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei

    – Mittel zur Erfassung eines Getriebeübersetzungsverhältnisses;

    – Mittel zum Vergleichen des Getriebeübersetzungsverhältnisses mit vorgebbaren Schwellenwerten;

    – Mittel zur Erfassung der nach einem erkannten Gangwechsel abgelaufenen Zeit;

    – Vergleichsmittel zum Vergleichen der erfaßten Zeit mit einer vorgebbaren, insbesondere gespeicherten Entprellzeit;

    – Mittel zur Erfassung einer Kupplungsbetätigung und

    – Mittel zur Ausgabe einer erkannten und bestätigten Gangstufe

    vorgesehen sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erfassung eines Getriebeübersetzungsverhältnisses, die Mittel zum Vergleichen des Getriebeübersetzungsverhältnisses mit vorgebbaren Schwellenwerten, die Mittel zur Erfassung der nach einem erkannten Gangwechsel abgelaufenen Zeit, Vergleichsmittel zum Vergleichen der erfaßten Zeit mit einer vorgebbaren, insbesondere gespeicherten Entprellzeit, die Mittel zur Erfassung einer Kupplungsbetätigung und die Mittel zur Ausgabe einer erkannten und bestätigten Gangstufe Teil einer Fahrzeugsteuereinrichtung sind.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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