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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur fahrwiderstandsabhängigen Einstellung
eines Kupplungsmomentes gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Automatisierte
Kupplungen werden seit geraumer Zeit in Antriebssträngen unterschiedlicher Kraftfahrzeugtypen
genutzt. Insbesondere eine zwischen einer Antriebsmaschine und einem
Getriebe befindliche, zumeist als trockene Reibkupplung ausgebildete
Haupt- bzw. Anfahrkupplung dient dabei dazu, ein von der Antriebsmaschine
bereitgestelltes Drehmoment schaltbar auf die Eingangswelle des Getriebes
zu übertragen
und insbesondere bei Schaltgetrieben mit diskreten Übersetzungsverhältnissen
das Anfahren zu ermöglichen.
Derartige Kupplungen werden im Folgenden als Anfahrkupplungen bezeichnet.
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Da
insbesondere Verbrennungsmotoren erst oberhalb einer bestimmten
Motordrehzahl ein für
das Anfahren ausreichendes Drehmoment abgeben können, ist auch im kleinsten
Gang des Getriebes bei Stillstand des Fahrzeugs ein Anfahren mit
schleifender Kupplung notwendig. Bei vollständig manuell zu schaltenden
Getrieben kann der Fahrer aufgrund seiner Erfahrung durch gleichzeitige
Betätigung
sowohl des Fahrpedals als auch des Kupplungspedals die Motordrehzahl
und das Motordrehmoment einerseits sowie den Kupplungsschlupf und
das von der Kupplung übertragene
Moment andererseits so dosieren, dass zunächst bei schleifender Kupplung
eine Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs erreicht wird, die ein vollständiges Schließen der
Anfahrkupplung bei dem gewählten Übersetzungsverhältnis des
Getriebes gestattet. Dabei muss der Fahrer insbesondere in Abhängigkeit
vom Fahrwiderstand (Anfahrwiderstand) die Stellung beider Pedale
jeweils dynamisch auf einander abstimmen. Bei hoher Zuladung und
Anfahrvorgängen
an großen
Steigungen muss er bei spielsweise das Fahrpedal recht weit niederdrücken, um ein
zum Anfahren an der Steigung ausreichendes Motordrehmoment zu erzeugen.
Dieses Motordrehmoment steht bei einer vergleichsweise hohen Motordrehzahl
zur Verfügung.
Entsprechend langsam ist die Kupplung zu schließen, damit nicht durch ein
vorzeitiges zu weitgehendes Einkuppeln ein zu großes Drehmoment
vom Motor abgenommen wird, welches aufgrund der trägen Masse
des Fahrzeugs und der noch sehr niedrigen Fahrgeschwindigkeit desselben zu
einem raschen Abfallen der Motordrehzahl und einem so genannten
Abwürgen
des Motors führen
würde.
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Nicht
zuletzt um den Fahrer von diesen komplizierten Steuerungsaufgaben
zu entlasten wurden halbautomatische, automatische und automatisierte Getriebe
mit entsprechend automatisch oder automatisiert betätigbaren
Anfahrkupplungen entwickelt. Diese sind zumeist so ausgelegt, dass
ein Anfahrvorgang mit einer relativ geringen Kupplungsbelastung möglich wird,
weshalb ein insgesamt geringer Kupplungsschlupf während des
Anfahrvorgangs und ein relativ frühes vollständiges Einkuppeln der automatisierten
Kupplung angestrebt werden.
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Es
sind nun zwei unterschiedliche Betriebsmodi des Kraftfahrzeugs zu
berücksichtigen:
Beim
Anfahrmodus ist es wie oben schon ausgeführt erwünscht, die Kupplung lediglich
so lange wie notwendig schleifen zu lassen und zumeist möglichst
zügig einen
Fahrzustand bei vollständig
geschlossener Kupplung zu erreichen.
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Beim
Rangiermodus soll das Fahrzeug mit einer sehr geringen Geschwindigkeit
bewegt werden. Dafür
ist es aufgrund der Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie des Antriebsmotors und der
vorgegebenen kleinsten Getriebeübersetzung
zumeist notwendig, die Kupplung dauerhaft schleifen zu lassen. Die Anfahrkupplung
wird in diesem Fall deutlich langsamer und jedenfalls erst bei erheblich
größeren Fahrpedalauslenkungen
als im Anfahrmodus vollständig
geschlossen.
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Es
ist jedoch bei automatisierten Kupplungen schwierig, nur aufgrund
der Fahrpedalstellung bzw. der Bewegungsdaten des Fahrpedals den
tatsächlichen
Wunsch des Fahrers zu ermitteln und die Kupplung entsprechend einzustellen.
So ist ohne weitere Vorkehrungen der Bereich des Rangiermodus üblicher
Weise auf kleine Gänge
und relativ geringe Fahrpedalauslenkungen beschränkt, welches ein behutsames
und genaues Rangieren vor allem dann ausgesprochen schwierig macht,
wenn bereits zum Halten des Fahrzeugs an einem Hang eine gewisse
Pedalauslenkung des Fahrpedals erforderlich ist.
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Zur
Vergrößerung des
für das
Rangieren nutzbaren Auslenkungsbereiches des Fahrpedals ist es bekannt,
insbesondere im niedrigsten Vorwärtsgang
und dem Rückwärtsgang
oder dem am niedrigsten übersetzten
Rückwärtsgang
einen bestimmten, vergrößerten Pedalweg
des Fahrpedals für
einen Rangiermodus vorzusehen. Bei einer Auslenkung des Fahrpedals
bis z.B. 75% der Maximalauslenkung wird in diesen Gängen die
Anpresskraft der Anfahrkupplung im Vergleich zum Anfahrmodus erheblich
reduziert. Erreicht der Fahrer jedoch eine Fahrpedalauslenkung von
in diesem Fall 75%, so wird automatisch der Anfahrmodus aktiviert.
Dies kann gerade im oft besonders sicherheitskritischen Rangierbetrieb
bei Überschreitung
der 75%-Schwelle zu einem für
den Fahrer unvorhergesehenen Verhalten des Fahrzeugs führen. Dies
gilt in besonderem Maße,
wenn durch einen ungewöhnlich
hohen Fahrwiderstand, z.B. bedingt durch eine hohe Zuladung und
eine starke Steigung, bis zum Erreichen dieses Grenzwertes für die Fahrpedalauslenkung
noch keine oder nur eine sehr geringe Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht
wurde. Sofern der Fahrer in diesem Fall das Fahrpedal weit auslenkt,
um etwa ein Zurückrollen
möglichst
schnell zu beenden, besteht die akute Gefahr, dass er damit die
Grenze zum Wechsel in den Anfahrmodus überschreitet und das Fahrzeug unerwartet
vergleichsweise schnell nach vorne rollt.
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Ein
bekannter Lösungsansatz
besteht darin, den Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs mit Hilfe einer
durch den Fahrer zu tätigenden
Eingabe explizit vorzugeben. Hierfür können beispielsweise besondere
Schaltelemente im Fahrzeug vorgesehen werden. Eine besonders vorteilhafte
Lösung
ist dazu aus der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2005 021 414 der
Anmelderin bekannt, bei welcher ein Tastelement dem Fahrer ermöglicht,
einen Rangiermodus anzufordern. Andere bekannte Lösungen sehen
z.B. Schalter mit zwei Schaltstellungen für diesen Zweck vor. Allerdings
besteht gerade beim Rangieren an Steigungen die Gefahr, dass das
Fahrzeug gerade aufgrund der absichtlich reduzierten Anpresskraft
der Anfahrkupplung unbeabsichtigt die Steigung hinabrollt oder zumindest
anders reagiert, als der Fahrer dies von normalen Rangiervorgängen in
der Ebene gewohnt ist.
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Um
aufgrund des oft erhöhten
Gefährdungspotentials
im Rangierbetrieb eine möglichst
schnelle Betätigung
einer Bremse zu ermöglichen,
ist in der
EP 1 268
231 B1 der Anmelderin ein Verfahren offenbart, bei welchem
nach Betätigung
eines Bedienelementes ein automatisch gesteuertes Kriechen des Fahrzeugs
ohne Betätigung
des Fahrpedals veranlasst wird. Die Kriechgeschwindigkeit kann dabei
z.B. in Abhängigkeit
von der Betätigungszeit
oder der Betätigungsanzahl
des Bedienelementes festgelegt werden.
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Diese
Lösungen
bedeuten einen erheblichen Beitrag zur Vereinfachung der Bedienung
des Fahrzeugs und zur Steigerung der Sicherheit. Es ist allerdings
notwendig, dass der Fahrer an die Betätigung des Schaltelementes
zur Einstellung des Kriechganges denkt. Weiter entspricht die Festlegung
auf eine vorgewählte
Geschwindigkeit nicht immer optimal den Anforderungen der Praxis,
in der z.B. erst mit zunehmender Annäherung an eine Laderampe oder ähnliches
die Geschwindigkeit zunehmend verringert wird. Auch dann, wenn die
Geschwindigkeit des Fahrzeugs mit Hilfe des Betätigungselementes einstellbar
ist, entspricht dies nicht der intuitiven und vom Fahrergewohnten
Einstellung der Geschwindigkeit mit dem Fahrpedal.
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Insgesamt
wäre es
wünschenswert,
wenn sich das Verhalten des Fahrzeugs als Reaktion auf eine Pedalauslenkung
durch den Fahrer stärker
von den zurzeit auf das Fahrzeug einwirkenden Fahrwiderstands-Einflussfaktoren,
insbesondere der Steigung unter dem Fahrzeug und der Zuladung, entkoppeln
ließe.
Dadurch würde
bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen ein weitgehend gleiches
Fahrzeugverhalten erzielt und so gerade für weniger geübte Fahrer
ein erheblicher Zuwachs an Komfort und Sicherheit insbesondere bei
Rangiervorgängen
erreicht.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren für
die Steuerung oder Regelung eines Kupplungsmomentes einer Anfahrkupplung
eines Kraftfahrzeuges vorzustellen, welches erstens ein unbeabsichtigtes
Rollen des Kraftfahrzeugs auf einer Steigung zuverlässig verhindert,
und zweitens einen komfortablen Rangiermodus ermöglicht, der ohne eine gesonderte
Betätigung eines
Bedienelementes zur Aktivierung des Rangiermodus auskommen kann
und auch beim Rangieren an Steigungen eine genau dosierte Geschwindigkeitsvorgabe über einen
großen
Bereich des maximalen Auslenkweges des Fahrpedals ermöglicht, wobei
die sich einstellende Fahrzeuggeschwindigkeit weitgehend unabhängig von
der Steigung und Zuladung sein soll.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs,
während
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den
Unteransprüchen
entnehmbar sind.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der aktuelle Fahrwiderstand
die entscheidende Einflussgröße für die Ermittlung
einer optimalen Anpresskraft auf die Reibelemente einer Anfahrkupplung
sowie für
die Bestimmung des optimalen Abtriebsdrehmomentes einer Antriebsmaschine
und einer zugehörigen
Motordrehzahl ist, um die Geschwindigkeit und Beschleunigung eines
Kraftfahrzeuges bei einem Rangier- bzw. Anfahrvorgang bestmöglich vorgeben
zu können.
Wesentliche Einflussgrößen für die Größe des Fahrwiderstandes
sind dabei die aktuelle Steigung der Fahrbahn und das Gewicht des
Fahrzeugs.
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Demnach
geht die Erfindung von einem Verfahren zur Einstellung eines Kupplungsmomentes
einer automatisierten Anfahrkupplung eines Kraftfahrzeuges aus.
Hierfür
ist eine Motorsteuereinrichtung vorgesehen, welche unter Einbeziehung
zumindest einer momentanen Auslenkung eines Fahrpedals eine Antriebsmaschine
zur Abgabe eines Motordrehmomentes ansteuert. Weiter ist eine Kupplungssteuereinrichtung
vorgesehen, welche unter Einbeziehung zumindest der momentanen Auslenkung
des Fahrpedals ein Kupplungsmoment einer automatisierten Anfahrkupplung
beeinflusst. Schließlich
ist ein Getriebe mit variabler Übersetzung
vorgesehen, welches ein an einer dem Getriebe zugewandten Seite
der automatisierten Anfahrkupplung anliegendes Kupplungsmoment in
ein für
den Antrieb des Kraftfahrzeugs nutzbares Antriebsdrehmoment umwandeln
kann.
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Dabei
wird unter dem Kupplungsmoment das an der Kupplungsabtriebsseite
anliegende Drehmoment verstanden, welches nach Umwandlung durch
das Getriebe zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs zur Verfügung steht.
Selbstverständlich
kann als Zielgröße auch
jede andere Größe dienen,
die zum Kupplungsmoment in einem hinreichend genau bekannten Verhältnis steht.
So entspricht das Kupplungsmoment etwa dem an der Getriebeeingangswelle
eingebrachten Drehmoment. Unter Berücksichtigung der Getriebeübersetzung
und gegebenenfalls der Getriebeverluste kann alternativ auch ein
Drehmoment an den angetriebenen Rädern des Kraftfahrzeugs als
Zielgröße dienen.
Schließlich
kann das Kupplungsmoment natürlich
bei bekannten Kennfeldern oder sonsti gen Kenndaten der Antriebsmaschine,
bei bekannten Daten über
die Ansteuerung der Antriebsmaschine und beispielsweise dem bekannten
Zusammenhang zwischen dem Stellweg eines Kupplungsaktuators sowie
der sich an der Kupplung einstellenden Reibkraft der Kupplungsbeläge auch durch
diese Größen ausgedrückt werden,
weshalb beispielsweise die Position des Kupplungsaktuators ebenfalls
als Zielgröße an Stelle
des Kupplungsmomentes verwendet werden kann. Entscheidend ist lediglich,
dass eine mit dem Kupplungsmoment auf hinreichend genau bekannte
Weise verknüpfte
Größe so eingestellt
wird, dass sich der gewünschte
Effekt einstellt.
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Die
Motorsteuereinrichtung und die Kupplungssteuereinrichtung können jeweils
als eigene Steuergeräte
ausgebildet sein, die gegebenenfalls auch noch weitere Steuergeräte oder
Steuerungsfunktionen für
andere Geräte
oder Aggregate im Fahrzeug beinhalten können. Sie können aber auch in z.B. einem
Steuergerät
integriert oder funktionsmäßig auf
mehrere andere Steuergeräte
verteilt sein. Ebenso ist die Arbeitsweise des Steuergerätes, etwa elektrisch
digital, elektrisch analog, fluidgesteuert oder mechanisch im Zusammenhang
mit der Erfindung völlig
unerheblich.
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Der
Begriff der automatisierten Anfahrkupplung soll sowohl automatische
als auch automatisierte Anfahrkupplungen grundsätzlich jeder Bauart umfassen,
solange diese schaltbar und in der Lage sind, mit einer Differenzdrehzahl
zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite der Anfahrkupplung
bei gleichzeitiger Übertragung
eines Drehmomentes zu arbeiten.
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Der
Begriff Fahrpedal ist hier von der Funktion her als Bedienelement
zu verstehen, welches ein Fahrer betätigen und damit die Geschwindigkeit
bzw. Beschleunigung des Fahrzeugs einstellen kann. Ein Handgasschalter,
wie er bei bestimmten Baustellenfahrzeugen und Schienenfahrzeugen üblich ist,
soll in diesem Sinne ebenfalls als Fahrpedal gelten.
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Zur
Lösung
der gestellten Aufgabe ist eine Anfahr-und-Rangier-Steuereinrichtung
vorgesehen, welche Fahrwiderstandsdaten einliest, daraus einen Fahrwiderstand
bestimmt und in Abhängigkeit
davon einen Grundwert des Kupplungsmoments der automatisierten Anfahrkupplung
ermittelt, welcher in Abhängigkeit
vom Fahrpedal eingestellt wird.
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Dabei
gilt in Bezug auf mögliche
Ausprägungen
der Anfahr-und-Rangier-Steuereinrichtung
sinngemäß das oben
in Hinblick auf die Motorsteuereinrichtung und die Kupplungssteuereinrichtung
erwähnte.
Unter Fahrwiderstandsdaten werden Daten verstanden, welche alleine
oder in Kombination eine Abschätzung
des Fahrwiderstandes erlauben, wobei hier in erster Linie der statische
Fahrwiderstand gemeint ist, der bei einem Stillstand des Fahrzeugs
beispielsweise aufgrund der Steigung der Straße unter dem Kraftfahrzeug
auf dieses wirkt. Neben dem Anfahrwiderstand kann jedoch z.B. auch
ein dynamischer Anteil des Fahrwiderstandes berücksichtigt werden, der in erster
Linie von der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs abhängt.
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Die
Fahrwiderstandsdaten können
direkt oder indirekt durch Sensoren ermittelt werden oder mit Hilfe
anderer bekannter Daten abgeschätzt
oder ausgelesen werden. So kann beispielsweise bei bekannter Ladungsverteilung
des Fahrzeugs aus der auf die verschiedenen Achsen wirkenden Gewichtskraft
die Steigung der Straße
ermittelt werden. Bei z.B. mittels GPS-Daten bekannter Position
und Ausrichtung des Fahrzeugs kann die aktuelle Steigung unter Umständen aus
einer abgespeicherten digitalen Karte ausgelesen werden. Weiter
kann z.B. über eine
Funkbarke eine Steigungsinformation einer Rampe übermittelt werden. Weitere
vielfältige
Fahrwiderstandsdaten und Möglichkeiten
ihrer Erfassung oder Abschätzung
sind bekannt. Im Rahmen dieser Beschreibung wird nur auf einige
zentrale Fahrwiderstandsdaten genauer eingegangen. Die Verwendung anderer
oder weiterer Fahrwiderstandsdaten ist jedoch grundsätzlich durch
die beschriebene Erfindung mit erfasst.
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Der
oben genannte Grundwert des Kupplungsmoments der automatisierten
Anfahrkupplung, welcher auch bei fehlender Auslenkung des Fahrpedals
eingestellt wird, kann beispielsweise ein Korrekturwert im Sinne
einer Offset-Korrektur
eines Anfahrkupplungs-Aktuators sein. In diesem Falle wird das Kupplungsmoment
bei fehlender Auslenkung des Fahrpedals auf z.B. einen Wert eingestellt,
der bei dem gewählten
Gang ein Antriebsdrehmoment auf die Räder des Kraftfahrzeugs zur
Folge hat, welches gerade ausreicht, um ein Rollen entlang einer
schiefen Ebene zu verhindern. Dabei spielt es für die Wirksamkeit der Erfindung
grundsätzlich
keine Rolle, auf welche Weise dieser Korrekturwert ermittelt wird.
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Der
Korrekturwert kann beispielsweise mittels Berechnungen unter Verwendung
von EDV-Programmen, durch Auslesen aus Kennfeldern, durch selbstlernende
Verfahren wie Fuzzy-Logic oder andere Verfahren ermittelt werden.
Ebenso unerheblich ist die Art und Weise, wie der Grundwert des
Kupplungsmomentes an die Kupplung übermittelt wird. In der Praxis
wird es oft vorteilhaft sein, aufgrund bekannter Kennwerte der verwendeten
Kupplung den Kupplungsgrundwert in Form einer einzustellenden Position
eines Aktuators einzustellen. Es sind hier aber auch Regelkreise
denkbar, die das tatsächliche Kupplungsmoment
erfassen und z.B. eine Aktuatorposition entsprechend regeln.
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Wenn
die Anfahr-und-Rangier-Steuereinrichtung gemäß einer ersten Weiterbildung
der Erfindung Fahrwiderstandsdaten einliest, daraus einen Fahrwiderstand
ermittelt und zusätzlich
in Abhängigkeit
davon direkt oder über
die Motorsteuereinrichtung Signale an die Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs
ausgibt, die ein auf den Fahrwiderstand abgestimmtes Drehmoment
und/oder eine abgestimmte Drehzahl der Antriebsmaschine bewirken,
kann auch bei relativ großen
Fahrwiderständen
stets ein ausreichendes Motordrehmoment bereitgestellt werden, ohne
die Antriebsmaschine dafür
mit unnötig
hohen Leistungswerten betreiben zu müssen. Eine einfache Alternative
wäre die
Herauf setzung der Leerlaufdrehzahl im Rangierbetrieb, also z.B.
sobald bestimmte Übersetzungsstufen
des Getriebes eingelegt werden und die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs
unter einem Grenzwert liegt. Dies hätte jedoch einen unnötig hohen
Energieverbrauch und eine erhöhte
Lärm- und Schadstoffemission
zur Folge.
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In
jedem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Anfahr-und-Rangier-Steuereinrichtung
als Fahrwiderstandsdaten zumindest Daten über die Steigung der Aufstandsfläche des
Kraftfahrzeugs einliest und bei der Ermittlung des Fahrwiderstandes
berücksichtigt, da
diese Daten in besonders starkem Maße in die Ermittlung des Grundwertes
des Kupplungsmoments eingehen sollen, um beispielsweise das unbeabsichtigte
Rollen an einem starken Gefälle
zu verhindern. Einige Möglichkeiten
der Gewinnung dieser Daten wurden bereits erwähnt.
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Weiter
kann beispielsweise bei einem kontrollierten Lösen der Bremsen ermittelt werden,
ab welchem Bremsdruck sich das Kraftfahrzeug gerade zu bewegen beginnt.
Daneben existiert eine Vielzahl anderer Verfahren, die Rückschlüsse auf
die Steigung der Aufstandsfläche
des Kraftfahrzeugs ermöglichen.
Dabei kann für
unterschiedliche Einsatzbedingungen die Steigung der Aufstandsfläche durchaus unterschiedlich
definiert werden. So kann zum einen die Steigung an den Aufstandsflächen der
Räder ermittelt
und gegebenenfalls unter Berücksichtigung der
Aufstandskräfte
gemittelt werden. Um den Einfluss kleiner Unebenheiten auf der Fahrbahn,
wie etwa eine Metallschwelle eines Rolltores, zu minimieren, ist
es jedoch auch möglich,
diese Werte z.B. zeitlich zu mitteln oder als Steigung eine mittlere,
gegebenenfalls gewichtete Steigung über die Länge des Kraftfahrzeugs oder
den Radstand zu ermitteln.
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Gerade
bei Fahrzeugen für
den Güterverkehr
oder auch bei Omnibussen ist es besonders sinnvoll, wenn die Anfahr-und-Rangier-Steuereinrichtung
als Fahrwiderstandsdaten zumindest Daten über das Gewicht des Kraftfahrzeugs einliest
und zur Ermittlung des Fahrwiderstandes verwendet. Während bei
Personenkraftwagen hier die Angabe eines mittleren Gesamtgewichtes
im Einzelfall ausreichend sein kann, zumindest aber eine Berücksichtigung
des Leergewichtes und eine zusätzliche
Berücksichtigung
von Gewichtszuschlägen
z.B. auf der Grundlage von Signalen der Tankanzeige und von Sitzplatzbelegungssensoren
in den meisten Fällen
ausreichend sein dürfte, ändert sich
das Gesamtgewicht von Fahrzeugen des Güterverkehrs und von Omnibussen
im Betrieb sehr stark.
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Wie
sich aus dem vorstehend beschriebenen Beispiel der Ermittlung der
Steigung mit Hilfe des minimal zum Halten des Kraftfahrzeugs notwendigen Bremsdrucks
ergibt, ist es durchaus möglich,
die Steigung und das Gewicht des Fahrzeugs in Form einer Gesamtgröße zu ermitteln.
Es sind jedoch auch andere Möglichkeiten
der Gewichtsermittlung nutzbar und sinnvoll, insbesondere wenn hierfür kein oder nur
ein geringer zusätzlicher
Aufwand erforderlich ist. Einige Möglichkeiten sind die Auswertung
von Druckdaten einer Luftfederung, die Auswertung von gewichtsbedingten
Einfederungen von Teilen des Fahrwerks, die Eingabe durch z.B. einen
Fahrer mittels eines Einstellelementes oder eine automatische Ermittlung
anhand von Frachtdokumenten.
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Grundsätzlich ist
es in den meisten Fällen ausreichend,
den Grundwert des Kupplungsmomentes nur bei Nutzung des niedrigsten
Vorwärtsgangs sowie
des niedrigsten Rückwärtsgangs
zu ermitteln. Auf diese Weise kann die Übersetzung des Getriebes mit
Hilfe fester Faktoren berücksichtigt
werden, wobei zur Steigerung der Genauigkeit selbstverständlich weitere
Einflussgrößen, wie
etwa unterschiedliche Getriebeverluste aufgrund wechselnder Getriebeöltemperaturen,
unterschiedliche Raddurchmesser der angetriebenen Räder und
weiteres mehr berücksichtigt
werden können.
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Wenn
die Anfahr-und-Rangier-Steuereinrichtung als Fahrwiderstandsdaten
jedoch zumindest Daten über
eine Antriebsstrangübersetzung
des Kraft fahrzeugs einliest und zur Ermittlung des Fahrwiderstandes
verwendet, kann der Grundwert des Kupplungsmomentes auf einfache
Weise auch für Gänge unterschiedlicher Übersetzungen
in der selben Fahrtrichtung ermittelt und eingestellt werden, wodurch
sich der mögliche
Geschwindigkeitsbereich des Rangierbetriebes deutlich erhöht. Dies
ist insbesondere in Verbindung mit einer gesonderten Anforderung
des Rangierbetriebes durch den Fahrer sinnvoll. Darüber hinaus
wird so die Voraussetzung dafür geschaffen,
das Verfahren auch im Anfahr-Betriebsmodus zu nutzen und so die
Reaktion des Fahrzeugs auf die Auslenkung des Fahrpedals weitgehend
unabhängig
von Steigung und Zuladung zu machen.
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Es
wurde schon angesprochen, dass die Steigung und das Gewicht des
Fahrzeugs entscheidende Einflussgrößen für die Ermittlung des Fahrwiderstandes
und die Bestimmung des Grundwertes des Kupplungsmomentes sind. In
einer Weiterbildung können
neben diesen Größen noch
weitere Größen berücksichtigt
werden. Insbesondere kann die Anfahr-und-Rangier-Steuereinrichtung
als Fahrwiderstandsdaten zumindest Daten über den Rollwiderstand des
Kraftfahrzeugs einlesen und zur Ermittlung des Fahrwiderstandes
verwenden. Der Rollwiderstand kann sich dabei aus einem statischen
Teil, der einem Anrollen des Kraftfahrzeugs aus dem Stillstand entgegenwirkt,
und einem dynamischen, von der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs
abhängigen
Teil zusammensetzen, und unter anderem die Rollwiderstände der
Reifen, Verluste im Antriebsstrang und eventuelle Luftwiderstände aufgrund
von Windgeschwindigkeiten und/oder der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs
beinhalten.
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Eine
erste Grundvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass
die Anfahr-und-Rangier-Steuereinrichtung mit Hilfe des ermittelten
Fahrwiderstandes einen Grundwert des Kupplungsmoments der automatisierten
Anfahrkupplung ermittelt, welcher auch bei fehlender Auslenkung
des Fahrpedals ein sich einstellendes resultierendes Antriebsdrehmoment
an den ange triebenen Rädern
des Kraftfahrzeugs zur Folge hat, welches das Fahrzeug im Stillstand
hält. Dadurch
wird der Fahrer gerade an Steigungen davon entlastet, sich zusätzlich auf
ein Verhindern eines ungewollten Rollens des Kraftfahrzeugs konzentrieren
zu müssen.
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Es
ergibt sich durch diesen Grundwert des Kupplungsmomentes eine für den Fahrer
stets gleiche oder zumindest ähnliche
Reaktion des Fahrzeugs auf eine Auslenkung des Fahrpedals, da nicht erst
eine bestimmte, aber von Fall zu Fall wechselnde Auslenkung des
Fahrpedals zur Kompensation des Fahrwiderstandes notwendig ist.
Damit kann auch eine Software-Schwelle für die Umschaltung von einem
Rangiermodus in einen Anfahrmodus problemlos bei einem konstanten
Auslenkungsbetrag festgelegt werden, ohne dass die eingangs erläuterten
Probleme eines zu geringen Pedalwegs nach dem Wechsel in den Anfahrmodus
auftreten würden.
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Eine
zweite Grundvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht dagegen
vor, dass die Anfahr-und-Rangier-Steuereinrichtung mit Hilfe des
ermittelten Fahrwiderstandes einen Grundwert des Kupplungsmoments
der automatisierten Anfahrkupplung ermittelt, welcher auch bei fehlender
Auslenkung des Fahrpedals ein sich einstellendes resultierendes
Antriebsdrehmoment an den angetriebenen Rädern des Kraftfahrzeugs zur
Folge hat, welches das Fahrzeug mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit
in normale Betriebsrichtung des jeweils aktiven Ganges des Getriebes
rollen lässt.
Damit kann der Fahrer beispielsweise durch Auswahl des Ganges die
Bewegungsrichtung festlegen, den Fuß zur Verringerung der Reaktionszeit
stets auf dem Pedal der Bremse belassen und über den zusätzlich durch die Bremsen aufgebrachten
Fahrwiderstand eine Feinregelung der Fahrgeschwindigkeit bewirken.
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Eine
Weiterbildung dieser zweiten Grundvariante sieht vor, dass die vorbestimmte
Geschwindigkeit durch den Fahrer und/oder ein automatisches System
einstellbar ist. Hier erschient insbesondere eine Kombination mit
dem Offenbarungsgehalt der
EP
1 268 231 81 der Anmelderin, insbesondere der Einstellung
der Rangiergeschwindigkeit über
die Anzahl und oder Dauer der Betätigungen eines Eingabeelementes
durch den Fahrer sinnvoll.
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Daneben
sind jedoch auch automatische Systeme möglich, die beispielsweise die
Fahrgeschwindigkeit in Abhängigkeit
vom Abstand zu einem Hindernis, wie etwa einer Laderampe automatisch vorgeben.
Hier kommen sowohl fahrzeugbasierte Systeme als auch fahrzeugexterne
Systeme in Betracht, die etwa fest an einer Laderampe installiert sein
können
und lediglich Sollwerte an das Fahrzeug übermitteln.
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Während das
vorgestellte Verfahren grundsätzlich
bei allen üblichen
Getrieben mit variabler Übersetzung
vorteilhaft angewandt werden kann, ist es besonders nutzbringend,
wenn das Getriebe ein automatisches oder automatisiertes Getriebe
mit separaten Übersetzungen
ist. Manuell zu schaltende Getriebe mit lediglich einer automatischen
oder automatisierten Kupplung eignen sich zwar grundsätzlich ebenfalls,
automatische und automatisierte Getriebe verfügen jedoch oft bereits über entsprechende
Steuergeräte
und Sensoren, die den Aufwand für
die Implementierung des Verfahrens erheblich und im Idealfall auf
eine bloße
Softwareerweiterung reduzieren können.
Während
nichts dagegen spricht, das vorgestellte Verfahren mit Getrieben
mit stufenloser, variabler Übersetzung
zu verbinden, sind die Vorteile jedoch bei Getrieben mit separaten Übersetzungen
erheblich größer, da
bei diesen keine alternativen Mechanismen zur Verwirklichung eines
Rangiermodus durch eine schleifende Kupplung bestehen.
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Schließlich wurde
bereits beschrieben, dass das Gewicht des Fahrzeugs eine für die Durchführung des
Verfahrens entscheidende Einflussgröße darstellt. Zudem ist ein
Zentimeter- oder gar millimetergenaues Rangieren bei Personenkraftwagen
nur in Ausnahmefällen
notwendig, während
dies bei Kraftfahrzeugen, die für
die Beförderung
von Gütern ausgelegt
sind, relativ häufig erforderlich
ist, um beispielsweise ein Befahren desselben mit einem Palettenhubwagen
oder die Befüllung
mit einem Tankstutzen zu ermöglichen.
Da das zielgenaue Rangieren zusätzlich
mit zunehmender Fahrzeuglänge
schwieriger wird, bietet das Verfahren gerade dann besondere Vorteile,
wenn das Kraftfahrzeug ein Schwerlastkraftwagen ist.
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Die
Erfindung lässt
wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutert.
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Ein
schwerer Lastkraftwagen mit einem Dieselmotor als Antriebsmaschine,
einem automatischen Schaltgetriebe und einer trockenen Reibkupplung
als Anfahrkupplung zwischen dem Dieselmotor und dem Schaltgetriebe
soll im Rangierbetrieb gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
betrieben werden. Der Lastkraftwagen verfügt ohnehin über ein Motorsteuergerät, das auf
Grundlage einer Fahrpedalauslenkung durch den Fahrer und weiterer
Eingangsgrößen unter
anderem die Kraftstoff-Einspritzmenge und das sich bei einer gegebenen
Drehzahl einstellende Drehmoment steuert bzw. regelt. Ebenso ist
das Schaltgetriebe mit einem Getriebesteuergerät verbunden, welches in Abhängigkeit
von der Fahrgeschwindigkeit des Lastkraftwagens, dem übertragenen
Drehmoment und der Stellung des Fahrpedals ein jeweils geeignetes Übersetzungsverhältnis wählt und
einstellt. Das Getriebe weist beispielsweise zwei Rückwärtsgänge und
zehn Vorwärtsgänge auf,
wobei der Fahrer mit Hilfe eines Fahrstufenschalters die Anzahl
der von der Getriebesteuerung wählbaren
Gänge begrenzen
oder mittels eines sequentiellen Eingabeelementes einen bestimmten
Gang auswählen
kann.
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In
den untersten beiden Vorwärts-
und den beiden Rückwärtsgängen ist
ein Rangiermodus vorgesehen. Dies bedeutet, dass die Getriebesteuerung,
die auch die automatisierte Anfahrkupplung steuert, die Anfahrkupplung
bis zu einer Pedalauslenkung von ca. 70% des maximalen Pedalwegs
in einem Bereich hält,
bei dem ein Kupplungsschlupf auftritt. Auf diese Weise lässt sich
der Lastkraftwagen in einem Geschwindigkeitsbereich bewegen, bei
dem der Dieselmotor im gewählten
Gang die benötigte Leistung
nicht bei der durch die gewählte Übersetzung
bei vollständig
geschlossener Anfahrkupplung bedingten Drehzahl abgeben kann. Außerdem ist
nur so eine Fahrgeschwindigkeit möglich, die bei vollständig geschlossener
Kupplung eine Motordrehzahl unterhalb der Leerlaufgeschwindigkeit
zur Folge hätte.
Weiter ist das Fahrzeug mit einem Taster ausgestattet, mit dem der
Fahrer in den genannten vier Gängen
den Rangiermodus bei Bedarf deaktivieren und in höheren Gängen aktivieren
kann.
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Für den Fall,
das der Lastkraftwagen ohne die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit hoher Zuladung an einer starken Steigung rangiert werden soll,
würde der
Fahrer einen geeigneten (hier den kleinsten) Vorwärts- oder
Rückwärtsgang
wählen.
Nun müsste
er, während
er den Lastkraftwagen zunächst
z.B. mit der Betriebsbremse gegen ein Hinunterrollen der Steigung
sichert, das Fahrpedal so weit durchtreten, dass die auf die Räder wirkenden
Vortriebskräfte
zumindest die durch die Steigung und das Gewicht des Lastkraftwagens
bedingte Kraft in Richtung der Rampenunterkante aufheben oder diese überschreiten.
Dann kann er die Bremse lösen
und das Fahrzeug durch vorsichtiges weiteres Betätigen des Fahrpedals langsam
bescheunigen. In der Ebene sind hierzu auch bei höchster zulässiger Zuladung
nicht mehr als 20% bis 40% der maximalen Fahrpedalauslenkung notwendig,
welches in einem großen
Fahrpedalbereich von 20% bzw. 40% bis ca. 70% einen Rangierbetrieb
ermöglicht.
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An
einer starken Steigung bei hoher Zuladung muss der Fahrer ohne die
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
das Gaspedal jedoch bis auf ca. 65% der maximalen Auslenkung betätigen, um
die an der Steigung wirkenden Hangabtriebskräfte auszugleichen. Sobald er
nun im Rangierbetrieb auch nur um ein Geringes schneller fahren
möchte, überscheitet
er die 70%-Grenze der Fahrpedalauslenkung, bei der die Getriebesteuerung den
Rangiermodus verlässt
und in den Anfahrmodus wechselt, bei dem zur Verringerung des Ver schleißes die
Anfahrkupplung schnellstmöglich
vollständig
geschlossen wird. Dies hat zur Folge, dass die Motorsteuerung aufgrund
des schnell steigenden, abgeforderten Drehmomentes die Kraftstoff-Einspritzmenge und
das Motordrehmoment erhöht,
während
die Anfahrkupplung zunehmend weniger Schlupf aufweist. Das Fahrzeug
beschleunigt für
den Fahrer unvorhersehbar schnell und zudem ruckartig.
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Bei
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird der Fahrwiderstand, welcher an der besagten Steigung dem Lastkraftwagen
in Richtung auf das obere Ende der Rampe entgegenwirkt, erfasst,
und die Grundposition der Anfahrkupplung automatisch, z.B. durch
Verstellung des Offsets bzw. eine Nullpunktverschiebung eines Kupplungsaktuators,
so verstellt, dass ein vom Dieselmotor bereitgestelltes Antriebsdrehmoment über die
schleifende Anfahrkupplung und die gewählte Getriebeübersetzung
gerade ausreicht, um den Lastkraftwagen ohne einen zusätzlichen
Einsatz einer Bremse an der Steigung zu halten.
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Dazu
kann der Fahrer im einfachsten Fall das Gewicht oder die tatsächliche
Zuladung des Fahrzeugs mit Hilfe einer gestuften oder stufenlosen Eingabevorrichtung
angeben. Hierdurch ergibt sich für
den Fahrer zudem auf besonders einfache Weise die Möglichkeit,
durch eine willkürliche
Verstellung des zu berücksichtigenden
Fahrzeuggewichtes, welches dann nicht dem tatsächlichem Fahrzeuggewicht entspricht,
dafür zu
sorgen, das sich das Fahrzeug bei nicht ausgelenktem Fahrpedal an
einer Steigung langsam in Richtung auf die obere oder untere Seite der
Rampe bzw. Steigung zu bewegt.
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Die
Steigung kann beispielsweise über
eine Veränderung
der Achsbelastung gegenüber
einer Achsbelastung auf ebener Strecke erfasst werden. Es ist jedoch
auch möglich,
beliebige andere Verfahren zu verwenden oder die Steigung z.B. an
Laderampen durch eine Funkbarke automatisch an den Lastkraftwagen
zu übermitteln.
Besonders elegant ist es, wenn der Fahrwiderstand dadurch ermittelt
wird, dass der Arbeitsdruck der Betriebsbremse bei vollständig getrennter
Anfahrkupplung oder einer eingestellten Neutralstellung des Getriebes
automatisch und gezielt so lange verringert wird, bis sich das Fahrzeug
gerade in Bewegung zu setzen beginnt. Auf diese Weise lässt sich
aus dem bekannten Bremsdruck direkt der statische Fahrwiderstand
ermitteln oder zumindest ausreichend genau abschätzen.
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Durch
die entsprechende Einstellung des Grundwerts der Anfahrkupplung
wird der Lastkraftwagen während
des Rangierens auch ohne Betätigung
einer Bremse durch den Fahrer an der Steigung im Stillstand gehalten.
Betätigt
der Fahrer nun das Fahrpedal, so ergibt sich auch bei kleinen Auslenkungen
bereits eine resultierende Vortriebskraft für das Fahrzeug, womit dem Fahrer
zum Rangieren die vollen 70% des maximalen Pedalweges zur Verfügung stehen,
welches ein feinfühliges
Rangieren gestattet. Weiter ergibt sich auch ein unabhängig von
der Steigung immer weitgehend gleiches Ansprechen des Fahrzeugs
auf die Auslenkung des Fahrpedals.
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Da
davon auszugehen ist, dass die beispielhaft genannten 70% des maximalen
Pedalweges beim Rangieren üblicherweise
nicht voll ausgenutzt werden, wird der Fahrzeugführer nicht überrascht sein, wenn nach einem Überschreiten
dieses Auslenkweges das Steuergerät von dem Rangiermodus in den
Anfahrmodus umschaltet.
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Die
Vorteile des Verfahrens können
selbstverständlich
auch genutzt werden, wenn durch eine manuelle Eingabe des Fahrers
der Rangiermodus fest vorgegeben wird, oder sich das Fahrzeug im
Anfahrmodus befindet.