PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005024736A1 07.12.2006
Titel Verfahren zur Schaltgangsteuerung bei automatisierten und vollautomatischen Schaltgetrieben von Kraftfahrzeugen
Anmelder ZF Friedrichshafen AG, 88046 Friedrichshafen, DE
Erfinder Prange, Stefan-Ulrich, Dipl.-Ing., 88212 Ravensburg, DE
DE-Anmeldedatum 31.05.2005
DE-Aktenzeichen 102005024736
Offenlegungstag 07.12.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.12.2006
IPC-Hauptklasse F16H 63/42(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F16H 59/18(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schaltgangsteuerung bei automatisierten und vollautomatischen Schaltgetrieben von Kraftfahrzeugen, mit einem auf ein Stellorgan für das Fahrpedal mittels Steuerbefehlen einwirkenden Steuerungsgerät, mit dem ein vom Fahrer bemerkbarer ansteigender Fahrpedalwiderstand zwischen einer Leerlaufstellung und einer Volllaststellung des Fahrpedals einstellbar ist.
Um eine Information des Fahrers hinsichtlich einer bevorstehenden Rückschaltung zu realisieren, ist vorgesehen, dass eine bei einer bestimmten Fahrpedalstellung (E) mögliche Rückschaltung des Fahrzeuggetriebes dem Fahrer gangabhängig durch einen erhöhten Fahrpedalwiderstand bei einer Fahrpedalauslenkung (D) signalisiert wird, die kleiner als die bestimmte Fahrpedalstellung (E) ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schaltgangsteuerung bei automatisierten und vollautomatischen Schaltgetrieben von Kraftfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Patenanspruchs 1.

Es ist allgemein bekannt, dass Automatgetriebe für Kraftfahrzeuge üblicherweise als Stufenautomatgetriebe ausgebildet sind, bei denen definierte Übersetzungsverhältnisse mit Hilfe von einem Getriebesteuerungsgerät und Aktuatoren auf der Basis von Sensorinformationen sowie Steuerungs- und Regelungsprogrammen autonom eingestellt werden. Diese Übersetzungsverhältnisse oder Getriebegänge werden insbesondere in Abhängigkeit von dem Leistungswunsch des Fahrers, der Fahrgeschwindigkeit und dem Fahrwiderstand eines diesbezüglichen Kraftfahrzeuges eingestellt. Da der Leistungswunsch des Fahrers von diesem durch ein mehr oder weniger starkes Auslenken des Fahrpedals signalisiert wird, werden auch die von der oben genannten Fahrsituation abhängigen Getriebegänge zwischen einem kleinsten und einem größtmöglichen Gang in Abhängigkeit von dieser Fahrpedalstellung geschaltet.

Um dem Fahrer eine über die reine Auslenkung des Fahrpedals hinausgehende Rückkopplung hinsichtlich seines signalisierten Leistungswunsches zu geben, ist es insbesondere von so genannten „drive-by-wire"-Anwendungen, also seilzuglos arbeitenden Fahrpedalen bekannt, ein solches Fahrpedal mit einem Stellorgan derartig zu beeinflussen, dass dessen Kraft-Weg-Kennlinie als eine gangunabhängige Gerade mit einer mehr oder weniger großen Steigung ausgebildet ist. Wie 1 beispielhaft zeigt, kann die Kraft zur Auslenkung des Fahrpedals über dessen Stellweg konstant sein (Kurve B) oder einen linear ansteigenden Auslenkkraftverlauf (Kurve A) aufweisen.

Es ist auch bekannt, dass der Fahrer die Gangwahl durch das Getriebesteuerungsgerät in gewissem, Umfang beeinflussen kann. Einerseits kann er die Anzahl der automatisch schaltbaren Gänge begrenzen, beispielsweise um bei einer Bergabfahrt ein Hochschalten zu verhindern und einen Motorbremseffekt zu nutzen. Andererseits kann der Fahrer mit einem starken Durchtreten des Fahrpedals, dem so genannten Kick-down, einen Wechsel zu einem kleineren Schaltgang veranlassen, um beispielsweise in Gefahrensituationen eine bessere Beschleunigung zu erzielen. Fahrpedalbetätigungseinrichtungen sind üblicherweise so ausgebildet, dass der Kick-down-Schaltpunkt, also die Rückschaltung im Volllastbereich, vom Fahrer als ein erhöhter Auslenkwiderstand am Fahrpedal bemerkt wird, den dieser durch ein kräftiges Treten des Fahrpedals überwinden kann.

Zur Realisierung einer sich über den Stellweg des Fahrpedals ändernden Kraft-Weg-Kennlinie ist aus der DE 198 48 091 A1 ein Hysteresemodul bekannt, das zur Erzeugung einer Krafthysterese beim Verschwenken eines drehbar gelagerten Fahrpedals um eine Drehachse dient. Dabei gleitet ein mit seinem einen Ende drehstarr mit dem Drehelement gekoppeltes Federelement mit seinem freien Ende unmittelbar oder über ein Reibelement auf einer ortsfest angeordneten, gekrümmten Reibfläche. Dieses Modul ist auf einer Welle angeordnet, die mit einem Fahrpedal eines Fahrzeuges verbunden ist. Die Krafthysterese beim Betätigen des Fahrpedals ist den Fahrern bekannt und vertraut. Der höhere Widerstand beim Niedertreten des Fahrpedals erlaubt eine feinfühligere Dosierung, während die durch das Hysteresemodul aufgebrachten Reibkräfte den Fahrer beim Halten des Fahrpedals in einer unveränderten Stellung entlasten. Die Stellung des Fahrpedals wird zudem über einen Sensor erfasst und elektronisch einem Motorsteuergerät übermittelt. Nach dem Überwinden des erhöhten Widerstandes über die Volllaststellung hinaus wird ein Herunterschalten des Getriebes in die kleinstmögliche Fahrstufe veranlasst.

Bekannt ist es auch, bei Automatgetrieben über eine mechanisch ausgelöste elektronische Fahrstil-Vorwahl mittels eines Getriebesteuerungsgerätes den Schaltpunkt zu variieren, um so z.B. entweder ein eher sportlich spätes oder ein eher ökonomisch früheres Umschalten in den nächst höheren Gang zu erreichen. Das Getriebe schaltet dann selbsttätig den entsprechenden Gang unter Berücksichtigung von Fahrzustand, Motordrehzahl, Fahrstil und anderen vorgewählten Randbedingungen.

Grundsätzlich bleibt aber festzuhalten, dass je weiter der Fahrer das Fahrpedal ausgelenkt, desto stärker möchte er das Fahrzeug beschleunigen. Diese Beschleunigung kann durch eine höhere Motorleistung erreicht werden. Dazu sind allerdings höhere Motordrehzahlen notwendig, so dass eine Rückschaltung eines Ganges im Getriebe ausgeführt werden muss. Daher steht einer Komforteinbuße durch die höhere Motordrehzahl und das damit verbundene stärkere Motorgeräusch sowie die bei automatisierten Getrieben charakteristische Zugkraftunterbrechung das Bedürfnis nach einer besseren Beschleunigung des Kraftfahrzeuges gegenüber. Jedoch lassen diese technischen Lösungen nur eine gangunabhängige Kraft-Weg-Kennlinie des Fahrpedals zu, die oft nur bei starken Fahrpedalauslenkungen (Kick-down) vom Fahrzeugführer bemerkt wird.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Schaltgangsteuerung von automatisierten und vollautomatischen Schaltgetrieben für Kraftfahrzeuge vorzustellen, welches eine für den Fahrer fühlbare Rückmeldung darüber ermöglicht, in welchem Bereich der Fahrpedalauslenkung eine Rückschaltung eines Getriebeganges im Fahrzeuggetriebe aufgrund der gerade aktuellen Fahrbedingungen und Leistungsanforderungen von dem Getriebesteuergerät an sich ausgelöst werden würde.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.

Demnach geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Schaltgangsteuerung bei automatisierten und vollautomatischen Schaltgetrieben von Kraftfahrzeugen, mit einem auf ein Stellorgan für das Fahrpedal mittels Steuerbefehle einwirkenden Steuerungsgerät, mit dem ein vom Fahrer bemerkbarer ansteigender Fahrpedalwiderstand zwischen einer Leerlaufstellung und einer Volllaststellung des Fahrpedals einstellbar ist.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist verfahrensgemäß vorgesehen, dass eine bei einer bestimmten Fahrpedalstellung E mögliche Rückschaltung von einem Schaltgang in den nächst niedrigeren Schaltgang des Fahrzeuggetriebes dem Fahrer gangabhängig durch einen erhöhten Fahrpedalwiderstand bei einer Fahrpedalauslenkung D signalisiert wird, die kleiner als die bestimmte Fahrpedalauslenkung E ist.

Zur Einstellung der sich demnach dynamisch ändernden Kraft-Weg-Kennlinie des Fahrpedals werden von dem Steuerungsgerät auf der Grundlage der fahrsituationsabhängig bestimmten Fahrpedalstellung E Steuerungsbefehle erzeugt und an das Stellorgan des Steuerungsgeräts übermittelt, welches die Kraft-Weg-Kennlinie des Fahrpedals nach diesen Vorgaben einstellt.

Der besondere Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, dass ein haptisches Feed-back für den Fahrer, also eine fühlbare bzw. bemerkbare Rückmeldung des Steuerungsgerätes in Form eines erhöhten Fahrpedalauslenkwiderstandes darüber erzeugt wird, im Bereich welcher Fahrpedalauslenkung eine Rückschaltung in den nächst niedrigeren Gang des Fahrzeuggetriebes an sich selbsttätig ausgelöst werden würde. Dem Fahrer wird damit eine kurz bevor stehende Rückschaltung von einem Gang in den nächsten Gang schon bei einer Fahrpedalstellung signalisiert, die selbst noch keine Rückschaltung des Getriebes verursacht. Hierbei ist wichtig, dass die Systemreaktion für den Fahrer verständlich ist, welches dieser jedoch während des Fahrbetriebes des Kraftfahrzeuges leicht erlernt.

Im Fall des konstanten Verkehrsflusses stellt dieses Verfahren auch eine Möglichkeit zur Verfügung, um die Anzahl der Schaltungen im Getriebe zu reduzieren, da oftmals situationsbedingt eine Rückschaltung und eine, mit hoher Wahrscheinlichkeit, nachfolgende Hochschaltung des Getriebes ausbleiben.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, dass sich der Fahrpedalwiderstand im momentanen Getriebegang vor der von dem Steuerungsgerät berechneten Rückschaltung in den nächst niedrigeren Schaltgang erhöht. Dadurch wird eine gangabhängige Fahrpedalkennung erreicht, die in 2 beispielhaft dargestellt ist.

Um wieder das Ausgangsniveau während des Schaltvorganges zu erreichen, wird nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung bei nicht erfolgter Rückschaltung in den nächst niedrigeren Schaltgang der Fahrpedalwiderstand langsam und kontinuierlich wieder auf sein Ausgangsniveau eingeregelt.

Ferner wird zum Erreichen des Ausgangsniveaus bei erfolgter Rückschaltung in den nächst niedrigeren Schaltgang der Fahrpedalwiderstand sofort wieder auf sein Ausgangsniveau bzw. das Leerlaufniveau zurückgesetzt.

Schließlich kann vorgesehen sein, dass zusätzlich oder ersatzweise zu der gesteuerten Fahrpedalwiderstandsänderung ein akustisches und/oder ein optisches Signal erzeugt wird, welches eine an sich kurz bevor stehende Rückschaltung signalisiert.

Gemäß einer anderen Weiterbildung des Verfahrens erfolgt die dynamische Veränderung der Kraft-Weg-Kennlinie des Fahrpedals bevorzugt durch eine von einem Elektromotor betriebene Servo-Einheit, die als Stellorgan des Steuerungsgerätes dient. Das Steuerungsgerät ist bevorzugt entweder ein Motorsteuergerät oder ein Getriebesteuergerät.

Zur Verdeutlichung der Erfindung ist wird dieses System an einem Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit 2 beschrieben.

Ein Fahrer fährt mit seinem Kraftfahrzeug mit einer Fahrpedalauslenkung von ca. 50 % im 4. Gang im Stadtverkehr. Die im Getriebesteuergerät abgearbeitete Schaltstrategie weiß auf Grund einer Schaltkennlinie, ab welcher Fahrpedalstellung es zu einer Rückschaltung in den nächst niedrigeren Schaltgang kommen würde. Dieser Wert der Fahrpedalstellung für die Rückschaltung ist ein dynamischer Wert, da sich dieser sowie die Antriebsdrehzahl des Motors, der Fahrwiderstand und somit auch die Fahrpedalauslenkung für die nächste Rückschaltung dynamisch ständig ändern.

Der Wert E der Kraft-Weg-Kennlinie C des Fahrpedals gemäß 2, bei dem aktuell eine Rückschaltung erfolgen würde, wird gemäß dem vorliegenden Verfahren von dem Getriebesteuergerät zur Erzeugung von Stellbefehlen für ein Stellorgan, beispielsweise eine von einem Elektromotor betriebene Servo-Einheit, genutzt, um die Kraft-Weg-Kennlinie C des Fahrpedals diesbezüglich dynamisch zu verändern.

Wenn eine Rückschaltung in den 3. Gang bei einer Fahrpedalauslenkung von 75 % (Punkt E) von dem Getriebesteuergerät an sich ausgelöst werden würde, so kann der Fahrpedalwiderstand gemäß der Kurve C in 2 bei etwa 60 % (Punkt D) der maximalen Fahrpedalauslenkung spürbar ansteigen.

Der Fahrer kann nun entscheiden, ob er ohne eine Rückschaltung im Verkehr mitfließend weiterfahren will, oder ob er eine Rückschaltung durch Überwindung des erhöhten Fahrpedalwiderstandes auslösen möchte, beispielsweise um einen anderen Verkehrsteilnehmer zu überholen. Überdrückt der Fahrer den erhöhten Fahrpedalwiderstand im Punkt D, so stellt sich ein höheres Kraftniveau für das Fahrpedal ein, welches in 2 durch den Kurvenabschnitt F gekennzeichnet ist.

Um das Ausgangsniveau wieder zu erreichen, wird der Fahrpedalwiderstand entweder langsam und kontinuierlich eingeregelt oder nach erfolgter Rückschaltung in den nächst niedrigeren Gang sofort oder bei 0 % der Fahrpedalauslenkung auf das Ausgangsniveau gesetzt.

Es ist auch möglich, bei einer Auslenkung des Fahrpedals dann ein akustisches und/oder optisches Signal für den Fahrer zu erzeugen, wenn der Auslenkwinkel des Fahrpedals vergleichsweise dicht an denjenigen dynamischen Auslenkwinkel herankommt, bei welchem in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrsituation eine Rückschaltung erfolgen würde. Auch eine Kombination der genannten optischen und/oder akustischen Signale zusammen mit der dargestellten aktiven Veränderung der Kraft-Weg-Kennlinie ist möglich.


Anspruch[de]
Verfahren zur Schaltgangsteuerung bei automatisierten und vollautomatischen Schaltgetrieben von Kraftfahrzeugen, mit einem auf ein Stellorgan für das Fahrpedal mittels Steuerbefehlen einwirkenden Steuerungsgerät, mit dem ein vom Fahrer bemerkbarer ansteigender Fahrpedalwiderstand zwischen einer Leerlaufstellung und einer Volllaststellung des Fahrpedals einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine bei einer bestimmten Fahrpedalstellung (E) mögliche Rückschaltung von einem Schaltgang in den nächst niedrigeren Schaltgang des Fahrzeuggetriebes dem Fahrer gangabhängig durch einen erhöhten Fahrpedalwiderstand bei einer Fahrpedalauslenkung (D) signalisiert wird, die kleiner als die bestimmte Fahrpedalstellung (E) ist. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur dynamischen Einstellung der Kraft-Weg-Kennlinie (C) des Fahrpedals von dem Steuerungsgerät auf der Grundlage der fahrsituationsabhängig bestimmten Fahrpedalstellung (E), bei der eine Rückschaltung erfolgen würde, Steuerungsbefehle erzeugt und an das Stellorgan übermittelt werden, welches die Kraft-Weg-Kennlinie (C) des Fahrpedals nach diesen Vorgaben einstellt. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrpedalwiderstand im momentanen Schaltgang vor der von dem Steuerungsgerät berechneten Rückschaltung in den nächst niedrigeren Schaltgang erhöht wird. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei nicht erfolgter Rückschaltung in den nächst niedrigeren Schaltgang der Fahrpedalwiderstand langsam und kontinuierlich wieder auf sein Ausgangsniveau eingeregelt wird. Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei erfolgter Rückschaltung in den nächst niedrigeren Schaltgang der Fahrpedalwiderstand sofort wieder auf sein Ausgangsniveau bzw. das Leerlaufniveau zurückgesetzt wird. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamische Veränderung der Kraft-Weg-Kennlinie (C) des Fahrpedals durch eine von dem Steuerungsgerät gesteuerte elektromotorisch betriebene Servo-Einheit erfolgt. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich oder ersatzweise zu der Fahrpedalwiderstandsänderung ein akustisches und/oder ein optisches Signal erzeugt wird, welches eine an sich kurz bevor stehende Rückschaltung signalisiert.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com