Verfahren zur Ermittlung des Fahrwiderstands eines Kraftfahrzeugs

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Fahrwiderstands eines Kraftfahrzeugs, das in Verbindung mit einer Schaltung eines automatisierten Schaltgetriebes von einem Lasfgang in einen Zielgang durchgeführt wird, wobei ein erster Fahrwiderstandswert FJw 1 vor Beginn der Schaltung und ein zweiter Fahrwiderstandswert FJw_2 zu einem späteren Zeitpunkt bestimmt wird, um bei einer größeren änderung des Fahrwiderstands δFJw = FJwJ-! - FJwM eine Korrektur der Schaltung vorzunehmen.

Die Kenntnis des Fahrwiderstands eines Kraftfahrzeugs ist von elementarer Bedeutung, um das Schaltverhaiten eines automatisierten Schaltgetriebes optimal, also der jeweiligen Fahrsituation angepasst, steuern zu können. So wird die Bestimmung der Schaltdrehzahl, bei welcher der aktuell eingelegte Lastgang durch eine Schaltung verlassen wird, und die Bestimmung des Zielgangs, in den durch die Schaltung gewechselt wird, wesentlich von dem aktuellen Fahrwiderstand des Kraftfahrzeugs beeinflusst.

Unter dem Fahrwiderstand FJw eines Fahrzeugs wird bekanntermaßen die Summe aus dem Steigungswiderstand F_steig, dem Rollwiderstand F__roll und dem Luftwiderstand FJuft verstanden, also FJw = F_steig + F_roli + FJuft. über die allgemein bekannte Fahrwiderstandsgleichung

F zug = F steig + F roll + FJuft + FJräg = FJw + F trag

steht der Fahrwiderstand in Beziehung zu der auf die Antriebsräder des Kraftfahrzeugs bezogenen Zugkraft F_zug des Antriebsmotors und der Massenträgheitskraft FJräg des Kraftfahrzeugs, die sich aus dem Produkt der aktuellen Fahrzeugmasse m und der aktuellen Fahrzeugbeschleunigung a durch die

Gieichurig F_fräg = m ^* a ergibt. Der Fahrwiderstand F_fw kann damit wie foigt angegeben werden;

FJw = F__zug - m ^* a .

Während die Ermittlung des Fahrwiderstands FJw vor und nach einer Schaltung, also bei eingelegtem Gang und geschlossener Motorkupplung, kein Problem darstellt und in bekannter Weise über die Berechnung der Zugkraft F_zug aus dem Drehmoment des Antriebsmotors und der übersetzung des eingelegten Gangs sowie mittels der Berechnung der Massenträgheitskraft F trag aus der aktuellen Masse m und der aktuellen Beschleunigung a des Kraftfahrzeugs erfolgen kann, isl die Ermittlung des Fahrwiderstands FJw während einer Schaltung schwierig, da in dieser Phase weitgehend unbekannte und nur schwer messbare Kräfte bzw. Drehmomente auf den abtriebsseitigen Antriebsstrang einwirken.

So ist es weitgehend unbekannt wie schnell der Antriebsmotor während einer Schaltung sein Drehmoment abbaut und wieder aufbaut, welcher Drehmomentanteil über die Synchronisierung des Zielgangs verloren geht, und wie sich Drehschwingungen, die durch den Schaltvorgang, wie durch das öffnen und Schließen der MotorkuppSung, durch das Auslegen des Lastgangs und durch das Synchronisieren und Einlegen des Zielgangs, oder durch Fahrbahnunebenheiten angeregt werden können, auf die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs, also auf die aktuelle Beschleunigung, auswirken, Aufgrund dieser Problematik wird bei bisherigen Verfahren zur Steuerung einer Getriebeschaltung auf die Bestimmung des Fahrwiderstands während einer Schaltung verzichtet.

Bei weitgehend konstantem Fahrwiderstand vor, während und nach einer Schaltung ist dies völlig unproblematisch, da der ausgewählte Soll-Gang von dem Schaltprogramm unter der Annahme eines näherungsweise konstan-

ten Fahrwiderstands F_fw im Allgemeinen optimal an die vorliegende Fahrsi- tuation angepasst ist.

Wenn sich der Fahrwiderstand FJw aber während einer Schaltung stark ändert, kann dies zu Problemen führen, da das Schaltprogramm des Getriebesteuergerätes zunächst von einem falschen Fahrwiderstand FJw ausgeht, und der geänderte richtige Fahrwiderstand FJw erst mit zeitlicher Verzögerung nach dem Abschluss der Schaltung ermittelt werden kann.

Fährt das Kraftfahrzeug beispielsweise während einer Hochschaltung aus der Ebene in eine größere Steigung ein, so sollte nach Abschluss der Höchschaituπg aufgrund des angestiegenen Fahrwiderstands FJw sofort in einen kleineren Gang zurückgeschaltet werden. Wenn diese Rückschaltung aufgrund einer verzögerten Ermittlung des neuen erhöhten Fahrwiderstands FJw aber zu spät erfolgt, kann das Kraftfahrzeug unter Umständen zum Stillstand kommen, wenn das durch den momentan eingelegten Gang gewandelte Drehmoment des Antriebsmotors für eine ausreichend hohe Zugkraft F_zug nicht mehr ausreicht.

Diese problematische Situation kann außer durch eine sofortige Rückschaltung auch durch eine änderung des Zieigangs während der Hochschaltung in einen kleineren Gang, wie in einen zwischen dem Lastgang und dem Zielgang liegenden Gang (Hochschaltung in kleineren Gang), in den ursprünglichen Lastgang (Zielgang = Lastgang, kein übersetzungswechsel}, öder in einen unter dem Lastgang liegenden Gang (Hochschaltung wird zu Rückschaltung), vermieden werden. Derartige Reaktionen erfordern allerdings eine frühzeitige Kenntnis des geänderten, im vorgenannten Beispiel erhöhten Fahrwider- sfands FJw.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung des Fahrwiderstands FJw anzugeben, mit dem eine

änderung des Fahrwiderstands FJw während einer Schaltung frühzeitig ermittelbar ist, um eine gegebenenfalls erforderliche Korrektur άer Schaltung rechtzeitig durchführen zu können.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch ein Verfahren zur Ermittlung des Fahrwiderstands eines Kraftfahrzeugs, das in Verbindung mit einer Schaltung eines automatisierten Schaltgetriebes von einem Lastgang in einen Zielgang durchgeführt wird, wobei ein erster Fahrwiderstandswert FJwJ vor Beginn der Schaltung und ein zweiter Fahrwidersfandswert F_fw_2 zu einem späteren Zeitpunkt ermittelt wird, um bei einer größeren änderung des Fahrwiderstands δF Jw = FJw_2 - F_fw_1 eine Korrektur der Schaltung vorzunehmen.

Dabei ist vorgesehen, dass der zweite Fahrwiderstandswert FJw_2 während der Schaltung ermittelt wird, indem über eine Zeitspanne δt, welche die zugkraftfreie Phase der Schaltung beinhaltet, mehrere diskrete Werte aj der aktuellen Beschleunigung a des Kraftfahrzeugs erfasst werden, aus diesen Beschleunigungswerten aj bei einer Zugschaltung das Beschleunigungsminimum a_ _. min und bei einer Schubschaltung das Beschleunigungsmaximum a _„ max bestimmt wird, und mit diesem Extremwert der Beschleunigung (ajnin oder a_max) und der Fahrzeugmasse m der zweite Fahrwidersfandswert {Fahrwiderstand während der Schaltung) F_fw_2 nach der Formel

= - m ^* ajnax

berechnet wird.

Da die Zeitspanne δt, in der die Beschleunigungswerte aj erfasst werden, die zugkraftfreie Phase der Schaltung beinhaltet, entspricht bei ausreichender zeitlicher Auflösung mindestens einer der Beschleunigungswerte aj derjenigen Fahrzeugbeschleunigung a, die alleine durch den Fahrwider-

stand F_fw hervorgerufen wird, da aufgrund des geöffneten Antriebsstrangs keine Zugkraft des Antriebsmotors wirkt (F _„ zug = 0}.

Dieser Beschieunigungswert aj entspricht bei einer Zugschaltuπg eindeutig dem Minimalwert der Beschleunigungswerte aj, also dem Beschleunigungsminimum ajmin, und bei einer Schubschaltung eindeutig dem Maximalwert der Beschleunigungswerte aj, also dem Beschleunigungsmaximum a_max. Somit wird mit dem jeweiligen Extremwert der Beschleunigung (a_min oder a_max) und mit der Fahrzeugmasse m nach den Formeln

F_fw_2 = - m * ajnin beziehungsweise F_fw_2 = - m * ajrnax

ein relativ genauer Wert des Fahrwiderstands FJw während der Schaltung berechnet, der zeitlich in etwa der Mitte der Schaltung zuzuordnen ist. Damit wird eine änderung des Fahrwiderstands δF_fw = F_fw_2 - F_fw_1 frühzeitig erkannt, so dass bei einer größeren änderung des Fahrwiderstands δFjw die aktuelle Schaltung rechtzeitig korrigiert werden kann.

Die während der Schaltung, also in der zugkraftfreien Phase der Schaltung, durch den Extremwert der Beschleunigungswerte (ajnin oder ajnax) ermittelte Beschleunigung a des Kraftfahrzeugs kann ebenfalls zur Bestimmung der Fahrzeugmasse m genutzt werden. Da dies aber ein anderes Verfahren betreffen würde, wird die Fahrzeugmasse m vorliegend als bekannte Größe angesehen.

Wenn nach dem erfindungsgemäßen Verfahren während oder unmittelbar nach einer Schaltung eine größere änderung des Fahrwiderstands δF Jw festgestellt wird, so kann die Reaktion darauf im Sinne einer Korrektur der aktuellen Schaltung beispielsweise wie folgt aussehen:

1 . Fahrsituation:

Zug-Hochschaltung beim Einfahren aus der Ebene in eine Steigung: nach der Hochschaltung sofortige Rückschaltung (schnelle Folgeschaltung); während der Schaltung Korrektur des Zielgangs in den zuvor eingelegten Lastgang (kein übersetzungswechsel); während der Schaltung Korrektur des Zielgangs in einen kleineren Gang (Hochschaltung wird zu Rückschaltung).

2. Fahrsituation:

Zug-Rückschaltung beim Einfahren aus einer Steigung in die Ebene: nach der Rückschaltung sofortige Hochschaltung (schnelle Folge- schaitung); während der Schaltung Korrektur des Zielgangs in den zuvor eingelegten Lastgang (kein übersetzungswechsel); während der Schaltung Korrektur des Zielgangs in einen größeren

Gang (Rückschaltung wird zu Hochschaltung).

3. Fahrsituation:

Schub-Rückschaltung beim Einfahren aus einem Gefälle in die Ebene: während der Schaltung Korrektur des Zielgangs in den zuvor eingelegten Lastgang (kein übersetzungswechsel).

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 10.

Zur Erfassung eines optimalen Extremwertes der Beschleunigung (a_min oder a_max) ist vorgesehen, dass die Beschleunigungswerte a_i jeweils bevorzugt in einem zeitlichen Abstand von maximal 10 ms ermittelt werden. Hierdurch ist erfahrungsgemäß sichergestellt, dass zumindest einer

der Beschleunigungswerte a_i dem aileine durch den Fahrwiderstand F_fw beeinflussten Extremwert (ajnin oder a_max) entspricht.

Zur Eliminierung von Messfehlern und Störungen bei der Erfassung der Beschieunigungswerte aj werden diese zweckmäßig vor der Bestimmung des Extremwertes der Beschleunigung (a _„ min oder a_max) gefiltert, wozu allgemein bekannte numerische Verfahren zur Anwendung kommen können.

Die Zeitspanne δt zur Erfassung der Beschleunigungswerte a_i kann mit dem Beginn des öffnens der Motorkuppiung beginnen und mit dem Ende des Schließens der Motorkupplung enden. Hierbei sind zwar die Anfangs- und Endwerte der Beschieunigungswerte aj aufgrund der noch nicht vollständig geöffneten oder teilweise schon wieder geschlossenen Motorkupplung und der somit wirksamen Zug- bzw. Schubkraft des Antriebsmotors stark verfälscht. Diese Beschleunigungswerte a_i fallen aber bei der Ermittlung des Extremwertes (ajnin bzw. ajmax} ohnehin heraus und beeinflussen die Bestimmung der Beschleunigung während der Schaltung, also in der Rollphase der Schaltung, somit nicht negativ. Die Zeitspanne δt zur Erfassung der Beschleunigungswerte aj kann aber auch kürzer gefasst werden und mit dem Beginn des Ausle- gens des Lastgangs beginnen sowie mit dem Ende des Einlegens des Zieϊ- gangs enden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt nur dann anwendbar, wenn während der Schaltung ein eindeutiges Beschleunigungsminimum ajnin oder ein eindeutiges Beschleunigungsmaximum ajnax vorliegt. Dies ist aber nur bei einer reinen Zugschaltung (Zugbetrieb vor und nach der Schaltung) bzw. bei einer reinen Schubschaltung (Schubbetrieb vor und nach der Schaltung) der Fall.

Es ist daher zweckmäßig, wenn vor der Ermittlung des Fahrwiderstands während der Schaltung F__fw__2 bzw, der Ermittlung des Extremwertes (a_min

oder a_max) aus den Beschieunigungswerten a_i zunächst geprüft wird, ob es sich bei der aktuellen Schaltung um eine reine Zugschaltung oder um eine reine Schubschaltung handelt, und dass die Ermittlung des zweiten Fahrwider- standswertes (Fahrwiderstand während der Schaltung) FJw_2 nur erfolgt, wenn eine reine Zugschaltung oder eine reine Schubschaltung vorliegt.

Zur Feststellung der Schaliungsart wird bevorzugt das Drehmoment des Antriebsmotors vor Beginn der Schaltung M__vS und nach Abschluss der Schaltung M_nS ermittelt, wobei eine reine Zugschaltung dann vorliegt, wenn beide Drehmomentwerte M_yS, M__nS größer als Null sind (IVLvS > 0 und MjiS > 0), und eine reine Schubschaltung dann vorliegt, wenn beide Drehmomentwerte M_vS, M _„ nS kleiner als Null sind (M_vS < 0 und M_nS < 0).

Das Drehmoment des Antriebsmotors vor der Schaltung M_vS geht in die Bestimmung des ersten Fahrwiderstandswertes F_fw_1 ein, wobei die Ermittlung dieses Drehmomentwertes bei absolut kleinem Drehmoment M__vS relativ ungenau ist. Außerdem ist bei absolut kleinem Drehmoment M__vS des Antriebsmotors vor der Schaltung die Beschleunigungsdifferenz zwischen Zugbetrieb bzw. Schubbetrieb vor der Schaltung sowie dem Rollen in der zugkraftfreien Phase während der Schaltung relativ gering, so dass sich Störungen und Messfehler in diesem Fall überproportional auswirken können. Demzufolge wäre dann auch die Ermittlung der änderung des Fahrwiderstands δF_fw = F_fw_2 - F_fw_1 vergleichsweise ungenau, was unter Umständen zu einer falschen Reaktion der Getriebesteuerung führen könnte.

Zur Vermeidung einer fehlerhaften Bestimmung des Fahrwiderstands F_fw ist daher zweckmäßig vorgesehen, dass zunächst das Drehmoment des Antriebsmotors vor Beginn der Schaltung M_vS ermittelt und bei Vorliegen einer reinen Zugschaltung mit einem vorab festgelegten Mindestmo- ment M_Zmin verglichen wird, und dass die Ermittlung des zweiten Fahrwider- standswertes (Fahrwiderstand während der Schaltung) F_fw_2 nur erfolgt,

wenn das Drehmoment des Antriebsmofors größer gleich dem Mindestmoment ist (IVLvS >= M_Zmin).

Entsprechend wird dann bei Vorliegen einer reinen Schubschaltung das Drehmoment des Antriebsmotors vor Beginn der Schaltung M_vS mit einem vorab festgelegten Maximalmoment M_jSmax verglichen, und die Ermittlung des zweiten Fahrwiderstandswertes (Fahrwiderstaπd während der Schaltung) F_fw_2 erfolgt nur dann, wenn das Drehmoment des Antriebsmotors kleiner gleich dem Maximaimoment ist (M_vS <= MjSmax).

Ebenfalls würde die Betätigung von Verzögerungseinrichtungen, wie der Betriebsbremse, der Feststellbremse oder eines Retarders, während der Schaltung zur Ermittlung eines fehlerhaften Extremwertes der Beschleunigung (a_min oder a_max) und damit des zweiten Fahrwiderstandswertes F_fw_2 führen, da das Kraftfahrzeug dann in der zugkraftfreien Phase nicht frei rollt. Dabei kann beispielsweise die Betätigung der Betriebsbremse, also der Radbremsen, sowohl durch den Fahrer über das Bremspedal als auch durch eine Steuerungseinrichtung, wie ESP oder ASR, automatisch erfolgen. Zur Vermeidung einer diesbezüglichen Fehlbestimmung des Fahrwiderstands FJw wird zweckmäßig während der Schaltung der Betätigungszustand der Verzögerungseinrichtungen des Kraftfahrzeugs erfasst, und bei einer Betätigung mindestens einer der Verzögerungseinrichtungen die Ermittlung des zweiten Fahrwiderstandswertes (Fahrwiderstand während der Schaltung) F_fw _„ 2 abgebrochen.

Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In diesen zeigt:

Fig. 1 einen gemessenen Zeitveriauf der Fahrzeugbeschieunigung a über mehrere Zugschaitungen und

Fig. 2 die vereinfachten Zeitveriäufe der Zugkraft F_zug und der Beschleunigung a über eine einzige Zug-Hochschaitung.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung beruht die Ermittlung einer änderung des Fahrwiderstands FJw während einer Gangschaltung auf der exakten Erfassung der Beschleunigung a des Kraftfahrzeugs in der zugkraftfreien Rollphase der Schaltung. Die Ermittlung dieses Beschleunigungswertes ist beispielhaft in dem Diagramm von Fig. 1 veranschaulicht, in dem der Zeitverlauf der Beschleunigung a eines Kraftfahrzeugs über mehrere mit einer Unterbrechung der Zugkraft verbundene Schaitungen dargestellt ist. Darin gibt die durchgezogene Linie die gefilterten Werte a__fzg__filt kontinuierlich, also in einem festgelegten Zeitintervall von etwa 10 - 20 ms, ermittelter Beschleunigungswerte a _„ i wieder. Bei den Schaltungen handelt es sich jeweils um eine Zugschaltung.

Demzufolge führt jede der Schaltungen zu einem Einbruch der Beschleunigung a, die während der Schaltungen jeweils negative Werte < 0 m/s annimmt. Das Kraftfahrzeug wird also jeweils während der Schaltung durch den wirksamen Fahrwiderstand F_fw abgebremst, da der Triebstrang zeitweise geöffnet ist und dann kein Antriebsmoment in Form einer Zugkraft auf die Antriebsräder übertragen wird (F_zug = 0).

Zur Ermittlung der Beschleunigung a in der zugkraftfreien Phase der Schaltung wird nun bei jeder der Schaltungen jeweils in einer Zeitspanne δt, welche die zugkraftfreie Phase beinhaltet, ein Extremwert der in diesem Zeitraum erfassten Beschleunigungswerte a_i ermittelt. Da es sich vorliegend um Zugschalfungen handelt, wird jeweils das Beschleunigungsminimum a_min festgestellt.

Der Verlauf dieses Extremwertes a__roll__peak ist in Fig. 1 jeweils durch die unterbrochene Linie dargestellt. Hierdurch wird deutlich, dass durch das

Verfahren trotz starker Störungen zu Beginn und zum Ende der jeweiligen Schaltung das jeweilige Beschleunigungsminimum a_min sicher ermittelt wird, Diesem Beschleunigungsminimum ajnin ist jeweils der momentane Fahrwiderstand F Iw 2 eindeutig zuzuordnen, so dass hiermit eine relativ genaue Berechnung des Fahrwiderstands während der Schaltung FJw_2 möglich ist.

In den Bereichen des zeitlichen Verlaufs i in denen der Verlauf von ajOlLpeak nicht von ajzgjiit zu unterscheiden ist, insbesondere außerhalb der Bereiche δt überdecken sich die beiden Verläufe von a__roil_peak und ajzgjiit.

Zur weiteren Veranschaulichung des Verfahrens ist in Fig.2 eine Zug- Hochschaitung mit vereinfachten Zeitverläufen der Beschleunigung a und der auf die Antriebsräder bezogenen Zugkraft F zug des Antriebsmotors mit größerer zeitlicher Auflösung dargestellt. Die Schaltung beginnt zum Zeitpunkt t1 und endet im Zeitpunkt t4. Zwischen dem Zeitpunkt t1 und t2 wird die Motorkupplung geöffnet und das Drehmoment des Antriebsmotors abgebaut; gegebenenfalls auch schon der eingelegte Lastgang ausgelegt. Unmittelbar vor dem Zeitpunkt t3 wird der einzulegende Zielgang synchronisiert und nachfolgend eingelegt. Das Schließen der Motorkuppiung und der Aufbau des Drehmomentes des Antriebsmotors erfolgt zwischen dem Zeitpunkt t3 und dem Zeitpunkt t4.

Die zugkraftfreie Phase der Schaltung erstreckt sich somit in etwa zwischen dem Zeitpunkt t2 und dem Zeitpunkt t3, wobei aber zu Beginn und zum Ende dieses Zeitraums bekanntlich noch starke Störungseinflüsse wirksam sein können. In der Mitte der zugkraftfreien Phase ist die Beschleunigung a jedoch weitgehend störungsfrei und entspricht dem gesuchten Minimalwert a_min.

Zur sicheren Ermittlung des Beschleunigungsminimums a_min wird die Zeitspanne δt, in der aus den aktuellen Beschleunigungswerten a_j bzw. ajzg JWX das Beschleunigungsminimum a _„ min bestimmt wird, so gewählt, dass

die zugkraftfreie Phase sicher enthalten ist. Die Zeitspanne δt kann sich beispielsweise, wie in dem oberen Teil von Fig. 2 eingezeichnet, von dem Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t4 oder, wie in dem unteren Teil von Fig. 2 eingezeichnet, von dem Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt 13 erstrecken.

Bezuαszeicheπ

a Beschleunigung, Langsbeschleunigung ajzgjilt gefilterter Beschleunigungswert aj diskreter Beschleunigungswert a_max Maximalwert von aj, Beschleuniguπgsmaximum ajnin Minimalwert von a_i, Beschleunigungsrninimum a__roil_peak Extremwert der Beschleunigung

FJw Fahrwiderstand

RJw _.„ 1 erster Fahrwiderstandswert FJw vor Schaltung

FLfw _„ 2 zweiter Fahrwiderstandswerf, FJw während Schaltung

FJuft Luftwiderstand

F roll Rollwiderstand

F_steig Steigungswiderstand

Fjräg Massenträgheitskraft

F zug Zugkraft

δFJw änderung des Fahrwiderstands m Masse, Gesamtmasse

M Drehmoment

M_nS Drehmoment nach Schaltung

M_Smax Maximaimoment für Schubschaltung

M_vS Drehmoment vor Schaltung

M__Zmin Minimalmoment für Zugschaltung t Zeit t1 Zeitpunkt t2 Zeitpunkt t3 Zeitpunkt t4 Zeitpunkt

δt Zeitspanne