Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gangerkennung bei einem Handschaltgetriebe in Fahrzeugen mit einer Reibungskupplung, bei welchem ein Vergleich von gefilterten Fahrzeugparametern mit einer Grenzfunktion während des Anfahrvorganges durchgeführt wird.

Insbesondere bei Berganfahrten oder bei Anfahrten mit Anhängern kann es zu einer Überhitzung der Reibungskupplung, insbesondere immer dann, wenn ein falscher Gang eingelegt ist.

Aus der DE 10 2005 019 789 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung einer Lastfahrt bekannt, bei welchem die Erkennung eines Überganges von einer ersten, normalen Anfahrvariante in eine zweite, sich davon unterscheidenden Lastanfahrtsvariante bei ei- nem Kraftfahrzeug durch Vergleich von gefilterten Fahrzeugbeschleunigungswerten mit Mindestbeschleunigungswerten ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Gangerkennung bei einem Handschaltgetriebe in Fahrzeugen anzugeben, mit welchem einer thermischen Überlastung der Reibungskupplung vorgebeugt wird. Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein eingelegter Gang im nicht- synchronisiertem Zustand von Motordrehzahl und Getriebedrehzahl ermittelt wird, wobei Wertepaare aus Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung während des Anfahrvorganges bestimmt werden und mit der das Kupplungsmoment in Abhängigkeit von Fahrzeugbeschleunigung und/oder Fahrbahnsteigung und/oder Fahrzeugge- wicht charakterisierenden Grenzfunktion verglichen werden. Durch die genaue Ermittlung des aktuell eingelegten Ganges wird einer thermischen Überlastung des Getriebes vorgebeugt, wobei die Gangermittlung ohne weitere Zusatzsensoren durchgeführt wird. Damit ist eine vorzeitige Gangerkennung schon vor der Synchronisierung von Motor- und Getriebedrehzahl möglich. Mittels einer solchen Gangerkennung ist eine Ereignisnachführung in einem Fehlerspeicher möglich. Vorteilhafterweise wird vor einem Anfahrvorgang ein Kennfeld, bestehend aus Kupplungsmomentwerten der Reibungskupplung und Fahrzeugbeschleunigungswerten des Fahrzeuges, in mindestens zwei Bereiche durch die Grenzfunktion unterteilt, wobei der erste Bereich einem ersten Gang und der zweite Bereich einem zweiten Gang zu- geordnet wird und die während des Anfahrvorganges gemessenen Wertepaare dem ersten Gang zugeordnet werden, wenn diese innerhalb des ersten Bereiches liegen und dem zweiten Gang zugeordnet werden, wenn diese innerhalb des zweiten Bereiches liegen. Durch die Bestimmung der Bereiche lassen sich Ungenauigkeiten der Messgrößen sowie vereinfachte Annahmen bei der Abstraktion der Grenzfunktionen unterbinden. Dabei ist jedes Wertepaar von Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung zuverlässig einem Bereich und somit einem Gang zuordenbar.

In einer Ausgestaltung wird jedes Wertepaar von Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung registriert und auf seine Lage im Kennfeld überprüft, wobei bei Registrierung einer vorgegebene Anzahl von Wertepaaren in einem Bereich der Gang als erkannt gilt. Durch die Zuhilfenahme der vorgegebenen Anzahl von Wertepaaren wird der Gang mit einer ausreichenden Genauigkeit erkannt und der weiteren Verarbeitung im Fahrzeug zugrunde gelegt.

In einer Ausführungsform werden die Wertepaare von Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung über den gesamten Anfahrvorgang gemessen und ausgewertet. Der Gangerkennung liegt somit die größte Anzahl der Wertepaare zugrunde, die während des Anfahrvorganges im Kennfeld ausgewertet werden können, wodurch die Genauigkeit der Auswertung erhöht wird.

In einer Variante wird ein gleitender Mittelwert aus mehreren aufeinander folgenden Wertepaaren von Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung gebildet und der gleitende Mittelwert hinsichtlich seiner Lage im Kennfeld bestimmt. Der Vergleich des gleitenden Mittelwertes mit dem Kennfeld ist insbesondere bei stark streuenden Messgrößen von besonderer Bedeutung und erhöht die Genauigkeit der Messung und somit der Gangbestimmung.

In einer Variante wird der Mittelwert aus mehreren Wertepaaren von Kupplungsmo- ment und Fahrzeugbeschleunigung gebildet, dessen Lage im Kennfeld überprüft wird, wobei das nächste gemessene Wertepaar aus Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung in den zuvor ermittelten Mittelwert einfließt, wodurch ein weiterer Mittel- wert bestimmt wird, der im Kennfeld überprüft wird. Durch die ständige Erhöhung der Anzahl der der Mittelwertbildung zugrunde liegenden Wertepaare aus Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung wird ein besonders robuster Mittelwert gebildet.

In einer weiteren Ausführungsform wird nach einer vorgegebenen Anzahl von weite- ren Mittelwerten eine Entscheidung über den eingelegten Gang getroffen. Dadurch wird die Gangbestimmung immer weniger störanfällig.

In einer Ausführungsform wird auf einen Beginn einer Anfahrt des Fahrzeuges aus einer Überschreitung einer Drehzahlschwelle der Räder des Fahrzeuges geschlossen. Somit lässt sich der Zeitpunkt, wann das vorgeschlagene Verfahren in der Fahrzeu- gelektronik greift, genau bestimmen, um eine Überlastung der Kupplung sicher einschätzen zu können.

Vorteilhafterweise wird die Fahrzeugbeschleunigung aus einer Raddrehzahl der Räder des Fahrzeuges bestimmt, wobei ein Raddrehzahlmittel der nicht-angetriebenen Räder der Bestimmung der Fahrzeugbeschleunigung zugrunde gelegt wird, um Rad- schlupfeffekte, welche eine„Pseudobeschleunigung" hervorrufen, zu minimieren. Durch die Bildung des Mittelwertes der Raddrehzahl der verschiedenen Räder wird die Genauigkeit der bestimmten Fahrzeugbeschleunigung erhöht.

In einer Alternative wird bei einem allradgetriebenen Fahrzeug die Fahrzeugbeschleunigung aus einem Mittelwert der Raddrehzahlen aller vier Räder bestimmt. Auch dies trägt zur Erhöhung der Genauigkeit der Fahrzeugbeschleunigung bei, welche der Gangerkennung zugrunde gelegt wird.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.

Es zeigen: Fig. 1 ein Kupplungsmoment-Fahrzeugbeschleunigungs-Kennfeld mit zwei

Gängen,

Fig. 2 ein Kennfeld von Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung mit einem Gang in Abhängigkeit der Steigung,

Fig. 3 ein Kupplungsmoment-Fahrzeugbeschleunigungs-Kennfeld mit einer

Grenzfunktion. In Fig. 1 ist beispielhaft ein Verlauf eines Kupplungsmoment-Fahrzeugbeschleuni- gungs-Kennfeldes dargestellt, in welchem zwei Geraden für einen ersten und einen zweiten Gang dargestellt sind, wobei für beide Gänge die gleiche Fahrbahnsteigung und die gleiche Fahrzeugmasse angenommen werden. Wie aus Gleichung (1 ) M _K aJ = ^^ * a _{Fzg +} ^ (1 ) hervorgeht, kann das Kupplungsmoment MKupp(aFzg) während der Anfahrt des Fahrzeuges mit einer allgemeinen Geradengleichung f(x) = a ^* x+y beschrieben werden. Diese Gleichung umfasst ein Hinderungsmoment Mmnd /iges, welches einen konstanten y-Achsenabschnitt liefert, welcher abhängig ist von der Masse des Fahrzeuges, der Steigung der Fahrbahn und dem eingelegten Gang. Die Steigung der Geraden ist gegeben durch den Term (mFzg*rdyn) /(iges * n) und variiert über den aktuell eingelegten Gang und die Fahrzeugmasse. Die Werte rd _yn und η können im Weiteren als konstant angenommen werden.

Dabei bestimmen sowohl die Steigung der Fahrbahn, das Fahrzeuggewicht und der eingelegte Gang den y-Achsenabschnitt, wobei die Steigung den größten Einfluss hat. In Fig. 1 ist ein Kupplungsmoment über der Fahrzeugbeschleunigung für zwei unterschiedliche Gänge 1 und 2 dargestellt. Ein Beispiel für den Einfluss der Steigung bei konstanter Masse und konstantem Gang ist in Fig. 2 zu sehen.

Die beschriebene Gleichung (1 ) lässt sich aus der Grundgleichung der Fahrwider- stände herleiten, in welchen der Luft-, der Roll-, der Steigungs- und der Beschleunigungswiderstand zusammengefasst werden.

FFW = FLU« + FROII + Fsteig + Fßeschl (2)

Dabei kann der Luftwiderstand Fum vernachlässigt werden, da die Geschwindigkeiten im Anfahrbereich gering sind. Für das am Fahrzeugrad wirkende Widerstandsmoment gilt unter Verwendung des dynamischen Rollradius

MRad = Tdyn ^* (FROII ⁺ Fsteig ⁺ Fßeschl) (3)

Die stationär wirkenden Kräfte des Roll- und Steigungswiderstandes sind ausschließlich abhängig vom Fahrgewicht sowie der aktuellen Fahrbahnsteigung und werden zusammengefasst als Hinderungkraft Fmnd. Bei den erläuterten Vereinfachungen ergibt sich für das an der Kupplung benötigte Kupplungsmoment zum Antrieb des Fahrzeuges mit Berücksichtigung der Gesamtübersetzung, bestehend aus Gang und Achsübersetzung i _ges .

Μκυρρ ⁺ Iges = M _Ra d (4) mit MRad = Mßeschl * M _H ind

wobei das Kupplungsmoment _PP mithilfe des Motormomentes M otor abzüglich der Trägheitsverluste aus Kurbelwelle, Schwungrad und Kupplungsdeckel, zusammenge- fasst als J Motor, berechnet wird. MKupp = MMotor - JMotor * 0) _Motor (5)

Der Beschleunigungswiderstand Mßeschi, bezogen auf den Triebstrang, ergibt sich zu

Mßeschl = ^{Fzg dyn} * a _FzR (6)

η mit der Fahrzeugmasse rriFzg, dem dynamischen Rollradius rd _yn , dem Ge- samttriebstrangwirkungsrad η und der Fahrzeugbeschleunigung aFzg. Das Hinderungsmoment Mmnd, bestehend aus Steigungs- und Rollwiderstand, berechnet sich nach

MHind= g ^* rdyn*(URoii*

vlOCjyy

Der Steigungswinkel der Fahrbahn wird in der Gleichung in % angegeben.

Die sich aus dieser Berechnung ergebenden theoretischen Geraden der Gleichung (1 ) beschreiben die idealen Verhältnisse von Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung während der Anfahrt. Aufgrund von Ungenauigkeiten der Messgrößen sowie vereinfachten Annahmen werden diese Geraden nicht exakt während des Betriebs des Fahrzeuges abgebildet. Deshalb werden vor dem Start einer Anfahrerkennung im Fahrzeug Bereiche festgelegt, welche dem eingelegten Gang zugeordnet werden können. Hierzu werden die idealen Geraden zuerst um den y-Abschnitt, welcher durch die aktuelle Fahrbahnsteigung und das Fahrzeuggewicht festgelegt wird, verschoben. Die Gerade mit der mittleren Steigung, welche aus den Steigungen der idealen Gera- den für Gang 1 und 2 berechnet wird, bildet bei Betrachtung von nur zwei Gängen die Grenzfunktion zwischen Anfahrten im ersten und im zweiten Gang, wie es in Fig. 3 abgebildet ist.

Während des Anfahrvorganges des Fahrzeuges werden zur Gangerkennung laufend vor Synchronisation von Motor- und Getriebedrehzahl, Wertepaare von Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung gemessen. Die Fahrzeugbeschleunigung wird dabei aus der Radgeschwindigkeit der zwei nicht angetriebenen Räder bei Normalfahrzeugen und aus den vier Radgeschwindigkeiten aller vier Räder bei allradgetrie- benen Fahrzeugen gebildet. Dabei wird aus den Radgeschwindigkeiten ein Mittelwert der Raddrehzahl gebildet, welcher der Bestimmung der Fahrzeugbeschleunigung zugrunde gelegt wird. Mittels dieser Methodik wird die Güte der Erkennung der Gänge erhöht. Alternativ besteht aber auch die Möglichkeit, durch einen Längsbeschleunigungssensor die Fahrzeugbeschleunigung zu ermitteln.

Die Erkennung der Gänge des Getriebes des Fahrzeuges wird gestartet, wenn die Raddrehzahlen der Räder des Fahrzeuges eine vorgegebene Raddrehzahlschwelle überschreiten. Ab diesem Zeitpunkt wird in einer ersten Alternative jedes Wertepaar von Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung gemessen und dessen Lage im Kennfeld überprüft. So wird festgestellt, ob sich das jeweilige Wertepaar im Bereich unterhalb der Grenzfunktion oder im Bereich oberhalb der Grenzfunktion positioniert. Nach Registrierung einer vorgegebenen Anzahl von Wertepaaren von Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung, beispielsweise von 10 Wertepaaren, wird entschieden, ob der Gang erkannt wurde. Liegen beispielsweise 9 von 10 Wertepaaren in dem Bereich unterhalb der Grenzfunktion, so wird auf den Gang 1 erkannt, der beim Fahrzeug eingelegt ist. Insbesondere dann, wenn ein Gangwechsel vor Synchronisation von Motordrehzahl und Getriebedrehzahl erkannt werden soll, muss die Gangerkennung Wertepaare über den gesamten Anfahrprozess messen und diese in das Kennfeld eintragen und daraus auf den Gang schließen. Die Gangerkennung erfolgt dann auf der Grundlage der größten Anzahl der Wertepaare aus Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleuni- gung im Kennfeld gemäß Fig. 3.

In einer weiteren Alternative wird nicht jedes einzelne Wertepaar von Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung mit der Grenzfunktion verglichen, sondern es wird ein Mittelwert aus mehreren aufeinanderfolgenden Wertepaaren von Kupplungsmoment und Grenzfunktion gebildet, wobei der Mittelwert dann in das Kennfeld eingetragen wird und der Vergleich mit der Grenzfunktion ausgeführt wird. Insbesondere wenn ein gleitender Mittelwert von Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung heran- gezogen wird, bei welcher der älteste Messwert immer aus der Mittelwertermittelung gestrichen und ein neuer Messwert hinzugenommen wird, werden stark streuende Messgrößen verhindert.

Da im Steuergeräte-Umfeld häufig mit einfacher Integer-Arithmetik gerechnet wird, empfiehlt sich für die Bestimmung der Mittelwerte bei der Implementierung des Ver- fahrens in eine Steuergerätesoftware auf die Variante„Savitzky-Golay-Filter" (orthogonale Filter, Methode der kleinsten Quadrate) zurückzugreifen. Diese Filter können als einfache FIR-Filter (Differenzgleichung) ausgeführt werden, wodurch z.B. die Berechnung eines gleitenden Mittelwertes mittels eines einfachen FIR-Filters möglich ist.

In einer anderen Alternative lässt sich ein besonders robuster Mittelwert ermitteln, wenn ein erster Mittelwert des Wertepaares aus Kupplungsmoment und Fahrzeugbeschleunigung aus mehreren vorgegebenen Messpunkten gebildet wird, dessen Lage im Kennfeld überprüft wird. Anschließend werden weitere Mittelwerte gebildet, wobei immer ein weiterer Messpunkt in den vorher bestimmten Mittelwert einfließt, so dass mit jeder Mittelwertbildung immer mehr Wertepaare zugrunde gelegt werden. Dadurch wird die Mittelung über den Anfahrvorgang immer weniger störanfällig. Mit Anzahl n an gemessenen Wertepaaren ergeben sich die ermittelten Wertepaare aus dem Kupplungsmoment und der Fahrzeugbeschleunigung wie folgt: Der erste überprüfte Mittelwert wurde beispielhaft aus 5 Wertepaaren ermittelt.

Ρπ = *( „_ _{1 +} „)

n + 4 n + 4

Über die Lage im Kennfeld kann mit einer vorgegebenen Anzahl von Mittelwerten über den eingelegten Gang entschieden werden.