WO2009140976A1

WO2009140976A1 - Verfahren zum betreiben eines fahrzeugs und fahrzeug

Info

Publication number: WO2009140976A1
Application number: PCT/EP2008/004073
Authority: WO
Inventors: Thorsten Schnorbus; Jan Hinkelbein
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2008-05-21
Filing date: 2008-05-21
Publication date: 2009-11-26
Anticipated expiration: 2010-11-21
Also published as: DE112008003803A5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs 2, bei dem an zumindest einer Stelle eines Antriebsstranges 20 des Fahrzeugs 2 ein Drehmoment 36 als eine physikalische Größe direkt mittels mindestens eines Sensors 22, 24, 26, 28 erfasst und als Regelgröße mindestens einem Regelkreis des Fahrzeugs 2 zugeführt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug 2 mit einem Drehmoment wandelnden Antriebsstrang 20, mindestens einem Regelkreis und / oder mindestens einer Steuerkette eines Steuerungspfades des Fahrzeugs 2, mindestens einem Steuergerät, das mit dem Regelkreis und / oder der Steuerkette des Steuerungspfades gekoppelt ist, und mindestens einem Sensor 22, 24, 26, 28 zur direkten Erfassung eines Drehmoments an einer Stelle des Antriebsstrangs 20. Der Sensor ist dabei in den Regelkreis und / oder in die Steuerkette des Steuerungspfades eingebunden und mit dem Sensor ist ein Drehmoment als eine Regelgröße vorgebbar.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs und Fahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs und ein Fahrzeug selbst, wobei unter einem Fahrzeug ein Landfahrzeug, Wasserfahrzeug, Luftfahrzeug oder eine Kombination davon zu verstehen ist. Auch ein Steuergerät für ein Fahrzeug wird beansprucht.

Aus der DE 60 2005 001 104 T2 geht eine Motormomentensteuerung hervor, die beispielsweise bei einem Schaltvorgang einzusetzen sei. Aus der Beschreibung ist zu ent- nehmen, dass eine Motormomentensteuerung vorgesehen ist, in die Berechnungen aus Werten wie Drehzahl und gewähltem Getriebegang eingehen. Darüber soll beispielsweise bei einem Schaltvorgang ein ruckfreier Wechsel zwischen den Gängen erlaubt werden. Hierzu weist die Motordrehmoment-Steuervorrichtung einen Schalt-Steuerabschnitt und einen Motorausgangsdrehmoment-Steuerabschnitt auf. Eine Regelung soll hierbei durch Anpassung einer Ist-Drehzahl an eine Soll-Drehzahl erfolgen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, zur Verbesserung von Motorsteuerungssystemen beizutragen.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , mit einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und einem Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. Die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale sind Gegenstand von bevorzugten Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lösung. Weiter vorteilhafte Merkmale werden in der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils zu weiteren Ausgestaltungen untereinander kombiniert werden können.

Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs vorgeschlagen, bei dem an zumindest einer Stelle eines Antriebsstranges des Fahrzeugs ein Drehmoment als eine physikalische Größe direkt mittels mindestens eines Sensors erfasst und als Regelgröße mindes- tens einem Regelkreis des Fahrzeugs zugeführt wird. Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Regelkreis in mindestens einer Steuerkette eines Steuerungspfades eingebunden ist.

Zur Begriffsunterscheidung sei an dieser Stelle folgendes bemerkt. Ein Regelkreis wird von Baugliedern gebildet, die an einem geschlossenen Wirkungsablauf teilnehmen. Eine Steuerkette hingegen wird von Baugliedern gebildet, die in einer offenen Kettenstruktur, von Bauglied zu Bauglied, aufeinander einwirken. Der Steuerkette liegt demnach ein offener Wirkungsablauf zugrunde.

Vorteilhaft an dem vorgeschlagenen Verfahren ist, dass ein Drehmoment als physikali- sehe Größe in dem Antriebsstrang direkt erfasst werden kann und nicht aus einer anderen physikalischen Größe errechnet werden muss, etwa bei einer Verbrennungskraftmaschine aus einem mittleren inneren bzw. indizierten Kolbendruck oder aus einer elektrischen

Spannung, die mittels auf einer Welle angeordneter Dehnungsmessstreifen erzeugt wird und zu einer mechanischen Spannung in der Welle korrespondiert, die sich bei einer elas- tischen Verformung der Welle einstellt. Das Verfahren ermöglicht somit beispielsweise eine direkte Regelung des Drehmoments in dem Antriebsstrang.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass ein Motorsteuerungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt wird, die eine Drehmomentführung aufweisen. Die Drehmo- mentführung ermöglicht, durch eine geeignete Wahl von Größen das innere Drehmoment einer Verbrennungskraftmaschine so einzustellen, dass sowohl ein Fahrerwunsch erfüllt als auch zugleich sämtliche Verluste der Verbrennungskraftmaschine und eines Antriebsstranges sowie externe Zusatzanforderungen an die Verbrennungskraftmaschine von so genannten Triebstrang- und Fahrdynamiksteuerungssystemen abgedeckt werden.

Unter einem inneren Drehmoment ist dabei im Zusammenhang mit der Verbrennungskraftmaschine das Drehmoment zu verstehen, das sich aus einem Gasdruck in einer Hochdruckphase einer Kolbenbewegung ergibt. Zieht man von dem inneren Drehmoment Reibungsverluste und Ladungswechselverluste der Verbrennungskraftmaschine ab, so erhält man ein indiziertes Drehmoment.

Das innere Drehmoment wird während eines Fahrbetriebs eines Fahrzeugs entsprechend den sich ändernden Anforderungen so angepasst, dass ein gewünschter Fahrkomfort des Fahrzeugs nicht allzu sehr unter der Anpassung leidet. Durch die vorgeschlagene Rege- lung, insbesondere Dremomentenregelung mit dem aufgenommenen Drehmoment als Regelgröße können abrupte bzw. sprunghafte Änderungen des Drehmoments vermieden und stattdessen stetige Änderungen des Drehmoments realisiert werden. Diese Vorgabe kann insbesondere auch unter anderem bei verschiedenen Verfahren zur Abgasnachbehandlung und/oder bei einer Hybridisierung des Fahrzeugantriebes eingesetzt werden. Femer trägt das Verfahren beispielsweise dazu bei, den Applikations- und Kalibrieraufwand für eine Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs zu reduzieren. Beispielsweise sei an dieser Stelle eine Steuerkette eines Kraftstoffpfades eines Motorsteuerungssystems genannt, der das direkt erfasste Drehmoment zugeführt werden kann, um eine ge- nauere Einstellung von Stellgrößen der Verbrennungskraftmaschine für eine Kraftstoffeinspritzung zu erreichen. Ebenso kann das direkt erfasste Drehmoment einer Regelung einer Kraftstoffeinspritzung zugeführt werden, um etwa in Verbindung mit einer Verbrennungslageregelung, vorzugsweise einer zylinder- bzw. brennraumüberwachten Verbrennungslageregelung, eine genauere Einstellung von Stellgrößen der Verbrennungskraft- maschine für die Kraftstoffeinspritzung zu erreichen. Folglich wird dadurch auch eine E- missionscharakteristik und / oder eine Geräuschcharakteristik der Verbrennungskraftmaschine verbessert.

Des Weiteren können mit dem Verfahren abrupte bzw. sprunghafte Änderungen des Drehmoments, die durch verschiedene Betriebsmodi des Fahrzeugs bedingt sein können, etwa durch eine Umschaltung des Fahrzeugs auf einen NO_x - Regenerationsbetrieb, unterbunden und stattdessen weiche, insbesondere stetige Änderungen des Drehmoments realisiert werden. Folglich kann mit dem Verfahren ein gewünschter Fahrkomfort des Fahrzeugs sichergestellt werden. Weitere in diesem Zusammenhang zu nennende Be- triebsmodi können durch verschiedene Abgasnachbehandlungsverfahren definiert sein.

Ferner können mit dem vorgeschlagenen Verfahren die im Zusammenhang mit einer Verbrennungskraftmaschine in einem Steuergerät hinterlegten Korrekturfaktoren, die etwa auf die Regelung der Kraftstoffeinspritzung einwirken, insbesondere solche, die eine Hö- he, eine Kälte und / oder eine kalte Verbrennungskraftmaschine repräsentieren, kompensiert werden und daher entfallen.

In einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass an zumindest einer ersten Stelle und an einer zweiten Stelle des Antriebsstranges jeweils gleichzeitig und mittels mindestens eines Sensors ein Drehmoment erfasst wird und dass die beiden Drehmomente dem Regelkreis und / oder die Steuerkette des Steuerungspfades zugeführt werden.

Die direkte Erfassung von Drehmomenten an mehreren Stellen des Antriebsstranges ist insofern vorteilhaft, als dass sich entlang des Antriebsstranges einstellende Drehmoment- Verluste betragsmäßig erfasst werden können. Es seien an dieser Stelle zum Beispiel die Verluste genannt, die sich in einem Antriebsstrang mit einer Verbrennungskraftmaschine bis zu einem angetriebenen Rad aufgrund dessen einstellen, dass die Verbrennungskraftmaschine einerseits selbst Verluste zu verzeichnen hat, nämlich so genannte La- dungsverluste und Reibungsverluste, die das von der Verbrennungskraftmaschine erzeugte Drehmoment reduzieren, und andererseits diverse Nebenaggregate bzw. Hilfsag- gregate antreibt, die aufgrund ihres Drehmomentbedarfes eine weitere Reduktion des Drehmoments bewirken. Weitere mechanische Verluste, die in einem solchen Antriebsstrang zu verzeichnen sind und das Drehmoment darüber hinaus reduzieren, sind auf eine Kupplung, ein Getriebe und ein Differential zurückzuführen. Derartige Verluste lassen sich bei einer entsprechenden Bereitstellung mehrerer Sensoren entlang des Antriebsstranges separat erfassen und steuerungs- bzw. regelungstechnisch berücksichtigen. Ferner können diese mechanischen Verluste, die über einer Lebensdauer eines Fahrzeugs Änderungen unterliegen, in adaptiven Kennfeldern hinterlegt werden, um eine a- daptive Emissionscharakteristik und / oder eine adaptive Geräuschcharakteristik der Verbrennungskraftmaschine zu ermöglichen.

Des Weiteren können die beiden Drehmomente in dem Regelkreis und / oder in der Steuerkette des Steuerungspfades zueinander in Relation gesetzt werden. Dies kann bei- spielsweise im Zusammenhang mit einem so genannten Hybridantrieb erfolgen, der beispielsweise eine Kombination zweier Energiequellen mit je einem Antriebszweig umfasst, um beispielsweise bei einem eine Verbrennungskraftmaschine und einen Elektromotor umfassenden Hybridantrieb, der als serieller Hybridantrieb ausgestaltet sein kann, festzustellen, wann ein Akkumulator zum Betrieb des Elektromotors, nachdem dieser einige Zeit entladen worden ist, einer erneuten Aufladung durch die Verbrennungskraftmaschine bedarf.

Die Relation kann dabei steuerungs- bzw. regelungstechnisch als eine dimensionslose Größe in demselben Regelkreis und / oder in derselben Steuerkette des Steuerungspfa- des, etwa in einem Motorsteuerungssystem Berücksichtigung finden, und / oder in einem anderen Regelkreis und / oder in einer anderen Steuerkette eines Steuerungspfades, etwa in einem Triebstrangsteuerungssystem und / oder in einem Fahrdynamiksteuerungs- system.

Die Regelung kann in bestehende Regelungen integriert werden, zum Beispiel in eine Regelung, wie sie aus der DE 10 2005 007 057 hervorgeht und auf die im Rahmen der vorliegenden Offenbarung vollumfänglich Bezug genommen wird. Darüber hinaus können in einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens das Drehmoment, die beiden Drehmomente oder die zueinander in Relation der gesetzten Drehmomente mit mindestens einer physikalischen und / oder mindestens einer dimensi- onslosen Größe gekoppelt werden, um beispielsweise an einer Stelle des Antriebsstranges aus einem Drehmoment in Verbindung mit einer entsprechenden Drehzahl eine Leistung zu ermitteln.

Vorzugsweise werden das Drehmoment, die beiden Drehmomente oder die zueinander in Relation der gesetzten Drehmomente zumindest einem Regelkreis und / oder zumindest einer Steuerkette eines Steuerungspfades eines Motorsteuerungssystems, eines Trieb- strangsteuerungssystems und / oder eines Fahrdynamiksteuerungssystems zugeführt.

In einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Regelkreis und / oder die Steuerkette des Steuerungspfades zum Betrieb eines Antriebsstranges verwendet wird, der mindestens eine Verbrennungskraftmaschine, mindestens einen Elektromotor, mindestens einen Akkumulator und / oder mindestens eine Brennstoffzelle als Antrieb umfasst.

Vorzugsweise wird der Regelkreis und / oder die Steuerkette des Steuerungspfades zur Regelung eines Einspritzvorgangs der Verbrennungskraftmaschine verwendet. Ein direkt erfasstes Drehmoment wird dabei vorzugsweise einem Kraftstoffpfad des Motorsteuerungssystems zugeführt. Dies hat den Vorteil, dass etwaige Injektorenabweichungen, die einer zeitlichen Änderung unterliegen, überwacht und bei der Kraftstoffeinspritzung be- rücksichtigt werden können.

Ferner wird die Regelung für den Einspritzvorgang vorzugsweise mit einer Zylinder- bzw. Brennraumdrucküberwachung gekoppelt. Dies hat den Vorteil, dass zur Zylinder- bzw. Brennraumdrucküberwachung verwendete Drucksensoren mittels des direkt erfassten Drehmoments in dem Rahmen einer On Board Diagnose überwacht werden können. Als Drucksensoren kommen dabei vorzugsweise Zündkerzen zum Einsatz, die jeweils einen Drucksensor als integralen Bestandteil aufweisen.

Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Drehmomentenregelung mit dem Drehmoment als Regelgröße verknüpft wird mit einer brennverlaufsabhängigen Einspritz- verlaufsformung, wie sie aus der DE 10 2006 015 503 hervorgeht und auf die im Rahmen der Offenbarung vollumfänglich verwiesen wird. Beispielsweise können ineinander verschachtelte Regelungen gebildet werden, parallele Regelungen und/oder Kaskadenregelungen.

Des Weiteren wird ein Fahrzeug vorgeschlagen, das einen ein Drehmoment wandelnden Antriebsstrang, mindestens einen Regelkreis und / oder mindestens eine Steuerkette eines Steuerungspfades, mindestens ein Steuergerät, das mit dem Regelkreis und / oder der Steuerkette des Steuerungspfades gekoppelt ist, und mindestens einen Sensor zur direkten Erfassung eines Drehmoments an einer Stelle des Antriebsstrangs umfasst. Der Sensor ist dabei in den Regelkreis und / oder in die Steuerkette eingebunden. Mit dem Sensor ist ferner ein Drehmoment als eine Regelgröße vorgebbar. Das Fahrzeug ist dabei als ein Landfahrzeug, Wasserfahrzeug, Luftfahrzeug oder eine Kombination davon ausgestaltet, etwa als ein Amphibienfahrzeug.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Fahrzeugs ist der Sensor als ein berührungsloser, auf dem physikalischen Prinzip des Magnetismus basierender Sensor ausgebildet. Bei dem Sensor handelt es sich um einen kodierten Sensor, der drei Hauptbestandteile aufweist, nämlich Primärsensor, einen Sekundärsensor und eine elektronische Auswerte- einheit.

Den Primärsensor bildet ein Bereich einer Welle, der magnetisch kodiert ist. Der Kodie- rungsprozess muss lediglich einmal durchgeführt werden. In der Regel geschieht dies vor einem Verbau der Welle. Die Kodierung muss nicht erneuert werden. Die mechanischen Eigenschaften der Welle werden durch die Kodierung nicht beeinflusst. Die gesamte Welle muss aus ferromagnetischem Material bestehen. Im Allgemeinen ist industrieller Stahl, der zwischen 1.5% und 8% Ni enthält, eine gute Basis für einen solchen Sensor. Der Primärsensor wandelt an der Welle wirkende Kräfte in ein magnetisches Signal um, das auf der Oberfläche der Welle erfasst werden kann. Die Welle kann dabei als Voll- oder Hohl- welle ausgeführt sein.

Der Sekundärsensor ist eine Anordnung von Magnetfeld-Sensoren, die in unmittelbarer Nähe des magnetisch kodierten Bereiches der Welle angeordnet sind. Da die Magnetfeld- Sensoren die Welle nicht berühren, kann die Welle frei rotieren. Der Sekundärsensor setzt Änderungen des magnetischen Feldes - verursacht durch die Kräfte im Primärsensor - in eine elektrische Information um. Als Magnetfeld-Sensoren können beispielsweise Spulen verwendet werden, die unter härtesten Bedingungen eingesetzt werden können, etwa in Öl, und darüber hinaus innerhalb eines sehr großen Temperaturbereichs arbeiten.

Die elektronische Auswerteeinheit ist vorzugsweise mit den Magnetfeld-Sensoren über ein Kabel verbunden und stellt üblicherweise ein analoges Ausgangssignal bereit. Alternativ dazu kann auch eine drahtlose Kommunikationsverbindung vorgesehen sein.

Hinsichtlich eines Messverfahrens, eines Aufbaus eines Sensors und/oder einer Auswerteeinheit wird im Rahmen der Offenbarung auf den Inhalt der DE 601 05 794 T2, der DE 600 07 641 T2, der DE 600 07 540 T2, der DE 103 93 261 T5, der DE 103 92 253 B4 und der DE 600 08 543 T2 verwiesen.

In einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung des Fahrzeugs ist vorgesehen, dass das Fahrzeug zumindest aufweist: einen ersten Regelkreis und / oder eine erste Steuerkette eines Steuerungspfades, der / die als ein integraler Bestandteil eines Motorsteuerungssystems ausgebildet ist, einen zweiten Regelkreis und / oder eine zweite Steuerkette eines weiteren Steuerungspfades, der / die als ein integraler Bestandteil eines Trieb- strangsteuerungssystems ausgebildet ist und / oder einen dritten Regelkreis und / oder eine dritte Steuerkette eines weiteren Steuerungspfades, der / die als ein integraler Be- standteil eines Fahrdynamiksteuerungssystems ausgebildet ist.

In einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung des Fahrzeugs umfasst der Antriebsstrang als Antrieb mindestens eine Verbrennungskraftmaschine bzw. mindestens einen Verbrennungsmotor, mindestens einen Elektromotor, mindestens einen Akkumulator und / oder mindestens eine Brennstoffzelle. Dabei kann der Antrieb als serieller, paralleler Hybridantrieb oder Mischhybridantrieb ausgebildet sein.

Die verschiedenartigen Antriebskomponenten können dabei so kombiniert werden, dass die jeweiligen Vorteile der Antriebskomponenten bei unterschiedlichen Betriebszuständen zum Tragen kommen und insgesamt gegenüber einem erhöhten technischen Aufwand von Hybridantrieben überwiegen.

Vorzugsweise wird der Hybridantrieb als eine Kombination einer Verbrennungskraftmaschine bzw. eines Verbrennungsmotors und eines Elektromotors ausgestaltet. Während in einer seriellen Anordnung eines solchen Hybridantriebs die einzelnen Antriebskomponenten einander nachfolgend aufgereiht sind, sieht eine Parallelanordnung eine mechanische Addition der Antriebsleistung beider Antriebskomponenten vor. Die Struktur einer gemischten Anordnung hingegen gleicht einer Überlagerung der seriellen mit der parallelen Anordnung und entspricht einem Getriebe mit einer Leistungsverzweigung und stufenlos veränderlicher Übersetzung. Einerseits wird die Leistung der Verbrennungskraftmaschine unmittelbar mechanisch den Antriebsrädern zugeführt, und andererseits ist die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine wegen der Drehzahlüberlagerung in einem Planetensatz von der Drehzahl der Antriebsräder entkoppelt.

Gemäß einer Ausgestaltung wird eine Drehmomeπtengröße als Regelgröße in einem Ver- fahren und in einer Vorrichtung eines Hybridfahrzeugs eingesetzt, wie es beispielsweise aus der DE 10 2006 012 788 hervorgeht, wobei im Umfang dieser Offenbarung auf den diesbezüglichen Inhalt dieser Druckschrift vollumfänglich verwiesen wird.

In einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung des Fahrzeugs bilden der erste Regelkreis und / oder die erste Steuerkette des Steuerungspfades einen Bestandteil einer Regelung für einen Einspritzvorgang der Verbrennungskraftmaschine. Insbesondere im Zusammenhang mit einem Hybridantrieb, der etwa eine Verbrennungskraftmaschine und einen Elektromotor umfasst, ermöglicht eine direkte Erfassung und Rückführung eines Drehmoments, etwa in einen Kraftstoffpfad eines Motorsteuerungssystems, eine Regelung des Drehmoments und somit ein weiches Zu- und Abschalten einer der beiden Antriebskomponenten zugunsten eines guten Fahrkomforts eines Fahrzeugs. Dabei wird die Regelung für den Einspritzvorgang vorzugsweise mit einer Zylinderdrucküberwachung gekoppelt.

Des weiteren wird eine Verwendung zumindest eines Sensors der zuvor genannten Art zur direkten Erfassung eines Drehmoments an einer Stelle eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Dabei wird das Drehmoment mindestens einem Regelkreis und / oder mindestens einer Steuerkette eines Steuerungspfades des Fahrzeugs zugeführt, wobei das Fahrzeug als ein Landfahrzeug, Wasserfahrzeug, Luftfahrzeug oder eine Kombination davon, etwa als ein Amphibienfahrzeug, ausgestaltet ist.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die

Zeichnungen eingehend erläutert. Die aus den Zeichnungen und aus den zugehörigen Beschreibungen hervorgehenden Merkmale beschränken sich dabei nicht auf die jeweiligen Ausführungsbeispiele. Auch sind diese nicht beschränkend auszulegen, sondern die- nen zur Veranschaulichung eines beispielhaften Umsetzung. Darüber hinaus sind die einzelnen Merkmale im Hinblick auf mögliche weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lösung untereinander wie auch mit Merkmalen aus der obigen Beschreibung mitein- ander kombinierbar zu weiteren Ausgestaltungen, die im Detail nicht weiter dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Antriebsstranges eines Fahrzeugs, Fig. 2 ein erstes schematisches Signalflussschema eines Motorsteuerungssystems,

Fig. 3 ein zweites schematisches Signalflussschema eines weiteren Motorsteuerungssystems und

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines zur Anwendung kommenden Sen- sors.

Der in der Fig. 1 dargestellte, Drehmoment wandelnde Antriebsstrang 20 des Fahrzeugs 2 zeigt eine serielle Anordnung eines Antriebes 4, einer Kupplung 10, eines Getriebes 12, eines Differenzialgetriebes 14 und eines der beiden Räder 16, 18. Der Antrieb 4 umfasst eine Verbrennungskraftmaschine 6 und diversen Nebenaggregate 8, etwa einem Generator, einem Klimakompressor und dergleichen, die von der Verbrennungskraftmaschine 6 angetrieben werden. Zwischen den einzelnen Elementen 6, 8, 10, 12, 14 des Antriebstranges 20 ist jeweils ein berührungsloser, auf dem physikalischen Prinzip des Magnetismus basierender Sensor 22, 24, 26, 28 angeordnet. Die Sensoren 22, 24, 26, 28 erfas- sen jeweils direkt und gleichzeitig ein auf den Antriebsstrang 20 wirkendes Drehmoment. Je nach dem, ob der Antrieb 4 Arbeit abgibt oder aufnimmt, d.h. im Schiebebetrieb sich befindet, werden von den Sensoren 22, 24, 26, 28 jeweils entweder Antriebs- oder Bremsmomente erfasst. Die einzelnen Drehmomente können dabei als Regelgröße zumindest einem Regelkreis und / oder einer Steuerkette eines Steuerungspfades eines Motorsteuerungssystems, eines Triebstrangsteuerungssystems und / oder eines Fahrdy- namiksteuerungssystems des Fahrzeugs 2 zugeführt werden. Vorzugsweise wird zumindest das mit dem Sensor 24 erfasste Drehmoment einer Steuerkette eines Kraftstoffpfades zur Regelung eines Einspritzvorgangs der Verbrennungskraftmaschine 6 zugeführt, wie dieses noch nachfolgend in Fig.2 und in Fig.3 dargestellt ist.

Durch die Anordnung der Sensoren 22, 24, 26, 28 werden die bei der Drehmomentwandlung sich einstellenden mechanischen Verluste, die dem Antriebsstrang 20 anhaften, vorteilhafterweise mit erfasst. Zu den mechanischen Verlusten des Antriebsstrang 20 gehören Reibungs - und Ladungswechselverluste der Verbrennungskraftmaschine 6, Verluste, die durch den Antrieb der Nebenaggregate 8 bedingt sind, Kupplungsverluste, Getriebe- Verluste und Verluste des Differenzialgetriebes 14. Alle diese Verluste wirken sich entweder auf ein von dem Antrieb 4 erzeugtes inneres Drehmoment aus, das aus einem Verbrennungsprozess resultiert, oder auf ein von dem Antrieb 4 erzeugtes Bremsmoment, das aus einem Schiebebetrieb des Antriebs 4 resultiert.

Das in der Fig. 2 dargestellte Signalflussschema 30 veranschaulicht schematisch ein Motorsteuerungssystem mit einer Drehmomentstruktur, deren Aufgabe es ist, durch eine geeignete Wahl von Stellgrößen ein inneres Drehmoment einer Verbrennungskraftmaschine 32 eines weiteren Fahrzeugs so einzustellen, dass sowohl ein Fahrerwunsch 54 erfüllt als auch zugleich sämtliche Verluste eines zugeordneten Antriebsstranges sowie externe Zusatzanforderungen an die Verbrennungskraftmaschine 32 von zugeordneten, so genannten - nicht dargestellten - Triebstrang- und Fahrdynamiksteuerungssystemen abgedeckt werden. Der Antriebsstrang wird dabei schematisch von der Verbrennungskraftmaschine 32 in Zusammenschau mit den Blöcken 46, 48, 50 veranschaulicht, wobei der Block 50 Reibungs- und Ladungswechselverluste der Verbrennungskraftmaschine 32 repräsentiert, während der Block 46 Verluste, die auf die Nebenaggregate entfallen, und der Block 48 Verluste einer Kupplung, eines Getriebes und eines Differenzialgetriebes repräsentieren.

Unter einem inneren Drehmoment ist im Zusammenhang mit der Verbrennungskraftmaschine das Drehmoment zu verstehen, das sich aus einem Gasdruck in einer Hochdruckphase einer Kolbenbewegung ergibt. Zieht man von dem inneren Drehmoment die der Verbrennungskraftmaschine 32 anhaftenden Reibungs- und Ladungswechselverluste 50 ab, so erhält man das indizierte Drehmoment, das entlang des Antriebsstranges über die Kupplung, das Getriebe und das Differenzialgetriebe bis zu den angetriebenen Rädern gewandelt wird.

Nach dem der Fig. 2 zugrunde liegenden Antriebsstrang 32, 46, 48, 50 wird zumindest ein Drehmoment 36 an einem Ende einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 32, das der Kupplung und dem Getriebe zugewandt ist, mittels eines - nicht dargestellten - Sensors der zuvor genannten Art erfasst bzw. abgegriffen und einer Steuerkette eines Kraftstoffpfades zur Regelung eines Einspritzvorgangs der Verbrennungskraftmaschine 32 zugeführt. Der der Reglung des Einspritzvorgangs zugrunde liegende Regelungsalgorithmus ist in einem Steuergerät hinterlegt. Das erfasste bzw. abgegriffene Drehmoment 36 entspricht dabei vorzugsweise dem indizierten Drehmoment abzüglich der Verluste 46, die auf die Nebenaggregate entfallen. Mit diesem Drehmoment 36 wird einerseits ausgehend von dem Fahrerwunsch 54 nach einem Drehmoment und unter Berücksichtigung der der Verbrennungskraftmaschine 32 anhaftenden Reibungs- und Ladungswechselverluste 50 sowie der Verluste 46, die auf die Nebenaggregate entfallen, ein gewünschtes inneres Drehmoment 44 bestimmt. Zur Erfassung des tatsächlichen Betriebspunktes der Verbrennungskraftmaschine 32 wird ferner neben dem Drehmoment auch mittels eines Drehzahlsensors die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 32 erfasst. Ausgehend von einer sensorisch erfassten Ansaugluftmenge kann dann in Verbindung mit der Drehzahl auch eine relative Luftfüllung bestimmt werden, die in Verbindung mit der Drehzahl den Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine 32 anzeigt.

Andererseits wird das erfasste bzw. abgegriffene Drehmoment 36 ferner einem Vergleich mit dem von dem Fahrer gewünschten Drehmoment 54 unterzogen und die Differenz einem schnellen Drehmoment-Regler 40 zugeführt. Während des Reglereingriffs wird ein globaler Adaptionswert für das gewünschte innere Drehmoment 44 ermittelt, der dann ebenfalls der Steuerkette des Kraftstoffpfades zugeführt wird. Des Weiteren wird mittels des erfassten bzw. abgegriffenen Drehmoments 36 ein zylinder- bzw. brennraumselekti- ver Adaptionswert 42 für das gewünschte innere Drehmoment 44 ermittelt und zu dem gewünschten Drehmoment 44 addiert. Ausgehend von dem zylinder- bzw. brennraumse- lektiven Adaptionswert 42 und dem globalen Adaptionswert 40 wird dann eine zylinder- bzw. brennraumselektive Einspritzmenge 38 für den Einspritzvorgang als Stellgröße für ein inneres Drehmoment ermittelt.

Vorteilhaft an der vorgeschlagenen direkten Drehmomenterfassung ist, dass das innere Drehmoment während eines Fahrbetriebs des Fahrzeugs entsprechend den sich ändernden Anforderungen so angepasst werden, dass ein gewünschter Fahrkomfort 52 des Fahrzeugs nicht unter der Anpassung leidet. Die Anpassung erfolgt dabei nicht durch abrupte bzw. sprunghafte Änderungen des Drehmoments. Vielmehr werden weiche Änderungen des Drehmoments realisiert.

Das in der Fig. 3 dargestellte Signalflussschema 56 veranschaulicht schematisch ein weiteres Motorsteuerungssystem mit einer Drehmomentstruktur, die eine PMI-Struktur (PMI, hdicated Mean Pressure <=> Mittlerer Indizierter Zylinder- bzw. Brennraumdruck) für eine Steuerkette eines Kraftstoffpfades umfasst. Analog zu der Fig. 2 wird zumindest ein Drehmoment 36 an einem Ende einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 32, das einer Kupplung und einem Getriebe zugewandt ist, mittels eines - nicht dargestellten - Sensors der zuvor genannten Art erfasst bzw. abgegriffen und der Steuerkette des Kraftstoffpfades zur Regelung eines Einspritzvorgangs der Verbrennungskraftmaschine 32 zugeführt. Das erfasste bzw. abgegriffene Drehmoment 36 entspricht dabei ebenfalls vorzugsweise dem indizierten Drehmoment abzüglich der Verluste 46, die auf die Nebenaggregate entfallen. Mit diesem Drehmoment 36 wird aber im Unterschied zur Fig. 2 einerseits ausgehend von dem Fahrerwunsch 54 nach einem Drehmoment und unter Berücksichtigung der der Verbrennungskraftmaschine 32 anhaftenden Reibungs- und Ladungswechselverluste 50 sowie der Verluste 46, die auf die Nebenaggregate entfallen, ein gewünschter mittlerer indizierter Zylinder- bzw. Brennraumdruck 44 bestimmt.

Das Signalflussschema 56 umfasst ferner eine Zylinderdrucküberwachung, die parallel zu der Drehmomentrückführung zur Regelung des Einspritzvorgangs herangezogen wird. Der der Reglung des Einspritzvorgangs zugrunde liegende Regelungsalgorithmus ist in einem - nicht dargestellten - Steuergerät hinterlegt. Zylinder- bzw. Brennraumselektiv wird dabei ein Druck 37 mittels einer einen Drucksensor umfassenden Zündkerze erfasst. Die Druckerfassung wird dabei schematisch durch den Block 58 veranschaulicht. Ausgehend von einer globalen Betrachtung der einzelnen Drücke 37, also einem globalen Druck und einem Vergleich des globalen Drucks mit dem gewünschten mittleren indizierten Zylinder- bzw. Brennraumdruck 44 greift ein Druckregler 60 in die Kettenstruktur korrigierend ein. Zugleich wird während des Reglereingriffs auf der Grundlage der erfassten bzw. abgegriffenen zylinder- bzw. brennraumselektiven Drücke 37 ein zylinder- bzw. brennraumselekti- ver Adaptionswert 62 für den gewünschten mittleren indizierten Zylinder- bzw. Brennraumdruck 44 ermittelt und der Steuerkette des Kraftstoffpfades additiv zugeführt. Ausge- hend von dem um den Reglereingriff und den Adaptionswert korrigierten Druck 44 wird dann eine zylinder- bzw. brennraumselektive Einspritzmenge 38 für den Einspritzvorgang als Stellgröße für ein inneres Drehmoment ermittelt.

Die zur Anwendung kommenden Sensoren 22, 24, 26, 28 werden schematisch anhand der Fig. 4 beschrieben. Der auf dem physikalischen Prinzip des Magnetismus basierende berührungslose Sensor 64 umfasst einen Primärsensor 66, 68, einen Sekundärsensor 70 und eine elektronische Auswerteeinheit 74.

Eine Welle 68 des jeweiligen Antriebsstranges, die den Primärsensor bildet, umfasst ei- nen Bereich 66, der magnetisch kodiert ist. Der Primärsensor wandelt an der Welle wir- kende Kräfte in ein magnetisches Signal um, das auf der Oberfläche der Welle erfasst werden kann.

Der Sekundärsensor 70 umfasst eine Anordnung von Magnetfeld-Sensoren, die in unmit- telbarer Nähe, in einem Abstand zu dem magnetisch kodierten Bereich 66 der Welle angeordnet sind. Der Sekundärsensor 70 setzt Änderungen des magnetischen Feldes - verursacht durch die Kräfte im Primärsensor 66, 68 - in eine elektrische Information um. Die Magnetfeld-Sensoren sind dabei vorzugsweise als Spulen ausgestaltet.

Die elektronische Auswerteeinheit ist mit den Magnetfeld-Sensoren über ein Kabel 72 verbunden und stellt vorzugsweise ein analoges Ausgangssignal bereit.

Die unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 mittels der jeweiligen Sensoren abgegriffenen Drehmomente werden dabei jeweils vorzugsweise auch einem - nicht dargestellten - Triebstrangsteuerungssystem und einem - nicht dargestellten - Fahrdynamiksteuerungs- system des Fahrzeugs 2 als Regelgröße zugeführt-

Nach einem alternativen - nicht dargestellten - Ausführungsbeispiel der Erfindung können die unter Bezugnahme auf die Fig. 1 abgegriffenen Drehmomente zueinander in Relation gesetzt. Dabei können sowohl die einzelnen die Drehmomente als auch die einzelnen Relationen werden einem Regelkreis und / oder einer Steuerkette eines Steuerungspfades eines Motorsteuerungssystems, eines Triebstrangsteuerungssystems und / oder eines Fahrdynamiksteuerungssystems zugeführt werden.

Ferner können sowohl die einzelnen Drehmomente als auch die einzelnen Relationen mit mindestens einer physikalischen und / oder mindestens einer dimensionslosen Größe gekoppelt werden.

Der im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 3 beschriebene Antrieb ist nicht auf eine Verbrennungskraftmaschine beschränkt. Vielmehr können alternativ oder zusätzlich zu der mindestens einen Verbrennungskraftmaschine mindestens ein Elektromotor, mindestens ein Akkumulator und / oder mindestens eine Brennstoffzelle als Antrieb eines Antriebsstranges verwendet werden. Dabei kann der Antrieb als serieller, paralleler Hybridantrieb oder Mischhybridantrieb ausgebildet sein.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs (2), bei dem an zumindest einer Stelle eines Antriebsstranges (20) des Fahrzeugs (2) ein Drehmoment als eine physikali- sehe Größe direkt mittels mindestens eines Sensors (22, 24, 26, 28) erfasst und als Regelgröße mindestens einem Regelkreis des Fahrzeugs (2) zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelgröße einer Steuerkette eines Steuerungspfades zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an einer ersten Stelle und an einer zweiten Stelle des Antriebsstranges (20) jeweils gleichzeitig und mittels mindestens eines Sensors (22, 24) ein Drehmoment erfasst wird und dass die beiden Drehmomente dem Regelkreis und / oder einer Steuerkette eines Steuerungspfades zugeführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Drehmomente in dem Regelkreis und / oder in der Steuerkette zueinander in Relation gesetzt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment, die beiden Drehmomente oder die zueinander in Relation gesetzten Drehmomente mit mindestens einer physikalischen und / oder mindestens einer dimensionslosen Größe gekoppelt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment, die beiden Drehmomente oder die zueinander in Relation gesetzten Drehmomente zumindest einem Regelkreis und / oder einer Steuerkette eines Steuerungspfades eines Motorsteuerungssystems, eines Triebstrangsteuerungs- Systems und / oder eines Fahrdynamiksteuerungssystems zugeführt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis und / oder die Steuerkette zum Betrieb des Antriebsstranges (20) verwendet wird, der mindestens eine Verbrennungskraftmaschine, mindestens einen Elektromotor, mindestens einen Akkumulator und / oder mindestens eine Brennstoffzelle als Antrieb umfasst.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis und / oder die Steuerkette zur Regelung eines Einspritzvorgangs der Verbrennungs- kraftmaschine verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung für den

Einspritzvorgang mit einer Zylinderdrucküberwachung gekoppelt wird.

10. Fahrzeug mit einem Drehmoment wandelnden Antriebsstrang (20), mindestens einem Regelkreis, mindestens einem Steuergerät, das mit dem Regelkreis und / oder mit einer Steuerkette eines Steuerungspfades gekoppelt ist, und mindestens einem Sensor (22, 24, 26, 28) zur direkten Erfassung eines Drehmoments an einer Stelle des Antriebsstrangs (20), wobei der Sensor (22, 24, 26, 28) in den Regelkreis eingebunden und mit dem Sensor (22, 24, 26, 28) ein Drehmoment als eine Regelgröße vorgebbar ist.

11. Fahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis in mindestens einer Steuerkette eines Steuerungspfades eingebunden ist.

12. Fahrzeug nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (22, 24, 26, 28) als ein berührungsloser, auf dem physikalischen Prinzip des Magnetismus basierender Sensor ausgebildet ist.

13. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug zumindest aufweist: einen ersten Regelkreis und / oder eine erste Steuerkette eines Steuerungspfades, der / die als ein integraler Bestandteil eines Motorsteuerungssystems ausgebildet ist, einen zweiten Regelkreis und / oder eine zweite Steuerkette eines Steuerungspfades, der / die als ein integraler Bestandteil eines Triebstrangsteuerungssystems ausgebildet ist und / oder einen dritten Regelkreis und / oder eine dritte Steuerkette eines Steuerungspfades, der / die als ein integraler Bestandteil eines Fahrdynamiksteuerungssystems aus- gebildet ist.

14. Fahrzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Regelkreis und / oder die erste Steuerkette des Steuerungspfades einen Bestandteil einer Regelung für einen Einspritzvorgang der Verbrennungskraftmaschine bildet.

15. Fahrzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung für den

Einspritzvorgang mit einer Zylinderdrucküberwachung gekoppelt ist.

16. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (20) mindestens eine Verbrennungskraftmaschine, mindestens ei- nen Elektromotor, mindestens einen Akkumulator und / oder mindestens eine

Brennstoffzelle als Antrieb umfasst.

17. Fahrzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb als serieller, paralleler Hybridantrieb oder Mischhybridantrieb ausgebildet ist.

18. Steuergerät eines Fahrzeugs mit einer implementierten Drehmomentenregelung, wobei als Regelgröße ein aufgenommenes Drehmoment eingeht.

19. Verwendung zumindest eines Sensors (22, 24, 26, 28) zur direkten Erfassung ei- nes Drehmoments an einer Stelle eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs, wobei das Drehmoment mindestens einem Regelkreis und / oder mindestens einer Steuerkette eines Steuerungspfades des Fahrzeugs zugeführt wird, wobei das Fahrzeug als ein Landfahrzeug, Wasserfahrzeug, Luftfahrzeug oder eine Kombination davon ausgestaltet ist.