CN108136901A - 用于运行带有用于分配转矩的离合器机组的车辆的传动系的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于运行具有离合器机组(1)的车辆(4)的传动系(19)的方法，该离合器机组用于在车辆(4)的主车桥(2)和副车桥(3)上分配转矩，其中方法至少包括如下步骤：(a)确定可使用的驱动转矩；(b)确定在主车桥(2)处的过量转矩；(c)确定在副车桥(3)处的当前最大转矩；(d)只要该过量转矩不超过最大转矩，就将过量转矩提供到副车桥(3)处。

Description

用于运行带有用于分配转矩的离合器机组的车辆的传动系的 方法
技术领域
本发明涉及一种用于运行具有离合器机组(Kupplungsaggregat)的车辆的传动系(Antriebsstrang)的方法，该离合器机组用于在车辆的主车桥(Achse，有时也称为车轴)和副车桥上分配转矩。本发明尤其涉及一种用于在需求导向的全轮系统(Allrad-System)中进行行驶动态调节的方法，并且就此而言基本上涉及以下所有车辆，在所述车辆中存在有关于当前马达力矩、纵向加速度和/或横向加速度、偏转率(表示车辆围绕垂直轴线转动的速度)和车轮转速的信息。就此而言，本发明尤其涉及全轮驱动的车辆，在所述车辆中，借助于电子调节的离合器机组或者后车桥或者前车桥可发动(zuschalten)。离合器机组尤其涉及电子控制的多盘式离合器(Lamellenkupplung)。
背景技术
用于操控电子调节的多盘式离合器的方法是已知的，所述方法主要基于对在多盘式离合器的输入端和输出端处的视应用而定的相关转速差的考虑。由此，迄今基本上关于当前存在的转速差(事后)进行反应。但是，这具有各种行驶动态的缺点。
另外应该考虑的是，在已知的系统中，通常进行通向根据需要可发动的或副的车桥的传动系力矩的刚性的或在比例上固定的再分配，这导致经由所悬挂的传动系的不成比例的高功率传输及由此导致提高的燃料消耗和磨损。这刚好在当前的气候目标和汽车制造商的期望的CO2节省措施下不是导向目标的。
发明内容
由此出发，本发明的任务是至少部分地解决关于现有技术所描绘的问题。尤其应该说明一种用于运行车辆的传动系的方法，在该方法中，在行驶动态的方面和/或环境标准下特别有效地设计转矩到车辆的主车桥和副车桥上的分配。该方法也应该尤其导致在极限范围中保证高程度的牵引和行驶动态，其中，在传动系中应该同时接受最小的功率使用和最小的损失。
为此，用于运行带有离合器机组的车辆的传动系的方法有助于转矩在车辆的主车桥和副车桥上的分配，其中，该方法至少包括以下步骤：
(a) 确定可使用的驱动转矩(Antriebs-Drehmoment)；
(b) 确定在主车桥处的过量转矩(Überschuss-Drehmoment)；
(c) 确定在副车桥处的当前最大转矩；
(d) 只要所述过量转矩不超过最大转矩，就将过量转矩提供到副车桥处。
该方法尤其基于当前在档位变速器(Ganggetriebe)处在输出侧存在的且可供车辆使用的驱动转矩与潜在地在主车桥处可输出(absetzbar)的力矩的比较。然后这两个力矩的差可或必须传递到副车桥处。藉由在此所介绍的方法尤其实现了：一方面，尤其在考虑驾驶员期望的情况下存在有对于由马达提供的驱动转矩的尽可能准确的说明，另一方面同样尽可能准确地估计在主车桥处可输出的转矩。该方法尤其允许电子控制的多盘式离合器在该离合器机组的情况下被如此预见性地致动(aktuieren)，使得尽可能少但必要时如此多的全轮转矩通过传动系传递到所悬挂的副车桥。
根据步骤(a)首先确定哪个驱动转矩当前可用于传动系。为此，尤其确定哪个驱动转矩在档位变速器的输出端提供给传动系。为此，可使用传感的测量数据、特征曲线等。尤其，计算当前可使用的驱动转矩。驱动转矩尤其根据由车辆的驱动器所提供的马达力矩来计算。在此，在驾驶员期望力矩(马达理论力矩)与当前的马达力矩之间相区别。两个信号在时间上的差别允许用于离合器机组的运行的调节环节的提前致动，并且刚好在行驶动态的极限范围中显著改善了全轮系统的总体行驶行为。因为驾驶员期望力矩在大多数情况下与实际所提供的马达力矩具有向上明显的偏差，为了改善准确度也观察当前的马达力矩。
根据步骤(b)，在主车桥处确定过量转矩。为此尤其计算，哪个力矩当前实际可从所驱动的主车桥处转换成车辆的推进运动(Vortriebsbewegung)，并且将该力矩与在驱动器方面所提供的驱动转矩进行比较。只要驱动转矩实际大于在所驱动的主车桥处可转换成推进力的转矩，就可识别过量转矩。由此该过量转矩原则上可自由地用于驱动副车桥。
根据步骤(c)确定，在副车桥处的哪个最大转矩当前实际可转换成推进运动。在副车桥处的该当前最大转矩也可确定或计算。
根据步骤(d)，此时将在主车桥处不可转换的过量转矩传递到副车桥处，但是仅以如此程度，以至于在该处实际可转换的最大转矩没有被超过。就此而言，步骤(d)取决于当前可转换的最大高度提供对分配到副车桥上的转矩的限制。
步骤(a)如此是特别优选的，使得包括以下过程中的至少一个：
a.1 确定车辆的马达的运行参数，
a.2 确定在档位变速器处的输入力矩，
a.3 由在档位变速器处的输入力矩确定可使用的驱动转矩。
由车辆中存在的马达控制器的信号，可例如计算非常准确地相应于在档位变速器的输入端处的情况的马达力矩。借助于换挡变速器(Schaltgetriebe)中的档位识别或在自动变速器中的相应的变速器信息，可将在变速器输入端处存在的力矩换算成输出力矩。该驱动转矩在车辆中可供使用并且可根据需要分配到车辆的主车桥和副车桥上。
在执行步骤(b)时，优选地包括以下过程中的至少一个：
b.1 确定在主车桥处所需的转矩或可转换的转矩，
b.2 一方面在考虑到可使用的驱动转矩的情况下以及在考虑到在主车桥处所需或可转换的转矩的情况下确定过量转矩。
经由对在主车桥处可传递的力矩的估计可计算以下过量转矩，该过量转矩可经由可根据需要操纵的离合器机组(“应需(on-demand)”离合器)传递到副车桥处。出于由驾驶员所要求的马达力矩的考虑，可预见性地致动离合器机组，从而使得在主车桥和副车桥之间不可出现转速差。
为了估计在主车桥处以及还有在副车桥处的载荷或可转换的转矩，可使用车辆计算模型，其中，经由例如简单的几何上的关系和一些车辆运行参数可确定副车桥的车桥载荷分配和车轮载荷分配。
此外优选的是，步骤(c)包括以下过程中的至少一个：
c.1 在考虑以下参数中的至少一个的情况下确定在副车桥处的当前最大转矩：转向角度、变速器档位、行驶动态范围；
c.2 在考虑车轮与地面之间的摩擦系数的情况下确定在副车桥处的当前最大转矩，
c.3 在考虑主车桥与副车桥之间的转速差的情况下确定在副车桥处的当前最大转矩，
c.4 在考虑在所述主车桥和副车桥的所有车轮处的推动力矩分配的情况下确定在副车桥处的当前最大转矩。
在此完全特别优选的是，执行过程c.1至c.4中的至少两个，尤其是甚至三个或甚至全部四个过程。
完全特别优选的是，车轮与地面之间的摩擦系数用作为用于在车辆的主车桥和副车桥上的转矩的分配的调节变量并且取决于车辆的当前运行参数而跳跃地或迭代地匹配。
此外可设置成，摩擦系数的匹配的变化速率是可变的。
此外有利的是，在主车桥处的转矩相对在副车桥处的转矩的比例取决于在车轮和地面之间的摩擦系数而可变地调整。关于上面所列举的参数的使用以及尤其关于摩擦系数方面应该尤其注意以下内容。
通常对于车辆的一个车轮或多个车轮的几何结构数据是已知的。由此出发，可在考虑到车辆的各种当前的或计算的运行参数和/或从属的传感器系统的测量数据的情况下实现对当前的摩擦系数的估计。为此，尤其可使用以下机制：
1. 车辆处的纵向加速度和横向加速度的向量相加提供了当前由车辆充分利用的基本摩擦系数。该值形成估计的基础。在下面介绍的另外的机制通常不可低于该如此确定的基本摩擦系数。如此确定的基本摩擦系数(带有所谓的拖曳指示器-功能(Schleppzeiger-Funktion))间歇地或连续地提高。在可自由调整的极限(高摩擦系数范围)之上优选地较快，而在该可自由调整的极限(低摩擦系数范围)之下较缓慢。
2. 在确定有偏转率偏差(在当前存在的偏转率与额定偏转率之间的偏差)的情况下，则拖曳指示器-功能被绕过并且明显更快地(又)降低到基本摩擦系数上。该方式尤其基于这样的假设，即，车辆的转向不足反应或转向过度反应或者与前车桥处或者与后轴处的静摩擦的超过直接相关。在偏转率比较(Gierratenvergleich)中，将当前所测量的车辆偏转率与由(存储在控制器中并且对于本领域技术人员而言熟悉的)单轨模型计算出的偏转率进行比较。
3. 在受驱动的主车桥处发生由存在的驱动转矩所引起的滑动(=相互处于摩擦接触中的机械元件：在此为车轮和地面的速度的偏差)的情况下，经由所估计的车桥载荷、车轮半径和驱动力矩来直接确定摩擦系数。
4. 另外，然后两个调节器模块相互耦联。通过所估计的摩擦系数影响在受驱动的主车桥处可输出的转矩的高低，且因此还直接影响待导引到受驱动的副车桥的力矩。在主车桥处的摩擦系数越低，则可/必须将越多力矩导引到受驱动的副车桥。该机制首先确定副车桥的摩擦系数，如有可能，还取决于上述其它三个机制。这种假设的摩擦系数导致在受驱动的副车桥处的过量转矩。一旦该过量转矩得到调整且另外的边界条件得到满足，摩擦系数就缓慢提高。直到第二大的调节器模块(滑动调节器)在此作用。
完全特别优选的是，转矩在车辆的主车桥和副车桥上的分配无论如何也在推动运行(Schubbetrieb)下进行。在机动化的车辆中以下行驶状态被称为推动运行，在该行驶状态中，在力配合没有分离的情况下(例如在离合器没有被踩踏的情况下)马达通过车辆拖曳、即保持在转动运动中。
该方法优选地如此设立，以至于(如有可能除了当前的马达力矩以外附加地还有)感测并考虑由驾驶员要求的马达力矩(或驾驶员期望力矩或马达额定转矩)，其中，离合器机组预见性地或提前地致动。因为马达额定力矩当前仍没有存在但是将来应该存在，所以离合器机组的基于该马达额定力矩的激活可在时间上提前进行。这可如此进行，使得在主车桥和副车桥之间不产生转速差。该方法尤其允许电子控制的多盘式离合器在该离合器机组的情况下预见性地或提前地如此致动，以至于尽可能少但必要多的全轮转矩通过传动系传递到所悬挂的副车桥。
本发明尤其应用于带有用于在车辆的不同车桥上可变地分配转矩的设备的车辆中，其中，该设备适用于并设立成用于执行在此所描绘的方法。
附图说明
下面根据附图更详细地阐释本发明以及技术环境。要指出的是，本发明不应该通过所示出的实施例而受到限制。尤其，只要没有另外明确呈现，也可提取附图中所阐释的实质性内容的部分方面并且与源自本说明书中的其它组成部分和认知相组合。其中：
图1示意性示出带有用于将转矩可变地分配到车辆的不同车桥上的设备的车辆，该设备基本上适合于并设立成用于执行在此所阐释的方法，
图2示意性示出用于表明该方法的带有多模块的调节概念方案，
图3示意性示出第一模块的图示，
图4示意性示出第二模块的图示，
图5示意性示出第三模块的图示，且
图6示意性示出第四模块的图示。
具体实施方式
图1示意性地示出车辆4关于对于传动系19的运行起决定作用的部件的构造。车辆4具有(以燃料和/或电运行的)马达7，该马达直接关联于档位变速器8。在档位变速器8的下游布置有分动器(Verteilergetriebe，有时也称为分电器传动机构)20，该分动器将档位变速器8的驱动转矩以预定的对称或不对称的比例分配到车辆4的前方主车桥2和后方副车桥3上。驱动转矩因此经由侧轴14或纵轴15传递到车辆4的车轮9。
另外，设置有离合器机组1，该离合器机组例如前置于后方差速器21，并且具有用于激活或解除激活的多盘式离合器(Lamellenkupplung)以及可外部控制的操纵单元5。理解为，离合器机组1也可布置在传动系内的其它的部位处，例如在联接部(Anschluss)前方，或集成在分动器20中。操纵单元5由电子控制单元或设备6控制，其经由相应的操纵线路17相应地输出控制电流到操纵单元5处。为了从控制单元或设备6传递电信号并且向控制单元或设备6传递电信号，设置有串行BUS组件16，该BUS组件例如可构造为CAN(控制器局域网)-BUS。用于将信号传递到CAN-BUS上的接口、协议和电路技术是已知的且在此不必更详细地阐释。理解为，相对于BUS组件16备选地，也可设置车辆的不同电部件与控制单元的单独的布线。控制单元包括程序控制的微处理器和电子存储器，在其中储存有控制程序。在此，由微处理器根据控制程序的指示(Massgabe)产生用于操纵单元5的相应的控制信号。为了产生相应的控制信号，控制单元依赖于关于车辆的不同运行参数的信息。为此，控制单元可经由BUS组件16访问代表这些运行参数的不同信号。尤其设置用于(每个)车轮的车轮传感器13以及用于确定车辆的转向角度11的转向传感器18，并且(经由信号导体12)经由BUS组件16与控制单元或设备6连接。
图2表明了调节概念方案(R1)，其例如由在车辆处的测量值接收器或传感器提供有各种输入信号(IS)，该调节概念方案(RI)包括各种模块(SR1,SR2,SR3,SR4,SR5)并且生成用于离合器机组(OS)的运行或操纵的输出信号。在此，该调节概念方案(RI)尤其设置成，将所识别的(Erkenntnis)从模块SR1传送到模块SR2中，然后将结果从模块SR2、SR3和SR4一起导引到分析和输出模块SR5，然后该分析和输出模块最后关于向着副车桥的转矩分配对当前待调整的传动比(Übertragungsverhältnis)进行预设和/或调整。
模块SR1尤其涉及所谓的预先控制模块(PTM，preemptive torque module)，该预先控制模块由在受驱动的主车桥处所阐释的转矩比较来计算过量转矩，该过量转矩(在时间上)受预先控制地转达到受驱动的副车桥处。
模块SR2是所谓的预先控制限制模块(PLM，preemptive limitation module)，该预先控制限制模块取决于例如转向角度、当前的变速器档位和/或当前行驶情况与行驶动态的极限范围的间距(取决于当前摩擦系数)来限制至副车桥的受预先控制的过量转矩。这尤其自调节地或自动地(优选地在没有对于车辆的运行参数的值的新的数据查询(Datenerhebung)的情况下)进行。
模块SR3尤其涉及滑动调节器(TCM，traction control module，有时也称为牵引力调节模块)，该滑动调节器监测在主车桥与副车桥之间的转速差。
概念方案R1还包括模块SR4，尤其所谓的行驶动态模块(VDM，vehicle dynamicsmodule)，该行驶动态模块监测推动力矩(Schubmoment)到所有车轮上的分配。在此，尤其通过偏转率比较来保证车辆没有达到不稳定的行驶状态。
此外，模块SR4的主题还可为越野功能(Off-road-Funktion)，该越野功能在车辆的不期望的向后滑行的情况下试图将可预设的离合器制动力矩从前车桥传递到承受更强载荷的后车桥。由此，有针对性地提高可控制性及由此还提高行驶安全性。
图3用于表明模块SR1。该模块尤其由以下子系统构成：
- 子系统SR1.1，该子系统确定用于“开动出发(Losfahren)”的特殊情况下的摩擦系数(如有可能，设定经预设的摩擦系数)
- 子系统SR1.2，该子系统计算在前车桥处传递的力矩(如有可能，根据所测定的运行参数，如横向加速度、纵向加速度和/或在前车桥处的车桥载荷)，
- 子系统SR1.3，该子系统计算在后车桥处传递的力矩(如有可能，根据所测定的运行参数，如横向加速度、纵向加速度、车轮转速、全轮运行模式和/或在后车桥处的车桥载荷)，
- 子系统SR1.4，该子系统对基本力矩进行参数化(如有可能，根据所测定的运行参数，如档位变速器情况、车辆速度、转向角度和/或全轮运行模式)，
- 子系统SR1.5，在该子系统中确定过量力矩(如有可能，根据子系统SR1.1至SR1.4的结果以及所确定的运行参数，如驾驶员期望力矩和当前可提供的力矩)，以及
- 子系统SR1.6，在该子系统中，不同模块的转矩被合并在一起。
所要求的转矩然后出于不同的原因应该受到限制，这是图4中示意性表明的模块SR2所承担的任务。在子系统SR2.1中，由模块SR1提供的力矩尤其一方面经由车辆的转向角度和行驶速度以及另一方面在正常行驶与特殊行驶(例如越野行驶)之间相区分并相应地受到限制。在该子系统SR2.2中，取决于档位附加地进行限制并同时决定车辆是笔直行驶(强限制)、还是处于低摩擦系数的极限下(中等限制)还是处于高摩擦系数的极限下(没有限制)。在此，预先控制份额可取决于情况和摩擦系数被智能地减小和限制。此外，可预设不同的另外的参数，其转矩限制同样可不同地实施。
图5表明模块SR3、即滑动调节器，该滑动调节器例如由PI调节器构成，该PI调节器使用主车桥和副车桥之间的经补偿的车轮转速差作为输入变量。除了安置在子系统SR3.5中的PI调节器之外，该模块主要促使对转速差进行补偿，这在子系统SR3.1中进行。在该模块中，例如进行以下补偿中的一个或多个：
- 牵引滑动关于行驶速度的补偿，
- 车辆几何结构(自然滑动)关于车辆速度和极限的补偿，
- 根据理论滑动(Soll-Schlupf)关于车辆速度和极限的补偿，
- 转向不足(Untersteuerung，有时也称为操纵失灵)、到转弯外部的前车轮上的交叠(Überblendung，有时也称为交叉衰落)的补偿。
除了计算理论滑动以外，在该处同样包含下方调节输出(SR3.3)和上方调节输出(SR3.4)的限制，以及对于PI调节器的I组成部分的“复位”条件(SR3.2)。
图6还示出模块SR4的基本构造。该模块结合了不同功能，并且导致最佳的推动力矩分配。该模块基本上由PI滑动调节器(SR4.4)和预先控制力矩份额(SR4.1)构成，该预先控制力矩份额经由偏转率比较而渐现或减弱。通过理论偏转率和当前偏转率的偏转率比较保证了转矩只有在车辆可被视作是稳定的情况下才在马达的推动运行中传递到副车桥上。一旦在推动运行中经由比较而识别出不稳定的车辆状态，则预先控制转矩以及由此取决于转速的份额也减弱。
除了偏转率范围以外，SR4.1还可对预先控制力矩水平、速度范围和另外的不同模式进行说明和协调。附加地，在SR4.2子系统中还有安置有专门针对荒野行驶的功能。如果车辆在荒野中停在斜坡处，并且驾驶员此时通过置入倒车档发信号来通知他希望以受控的方式又向后行驶，则可经由情况识别向副车桥提供恒定的力矩，这防止了由于至少刚性的制动力分配而使得卸载的前车桥被锁闭，并由此使车辆变得不可控制。此外，存在于前桥处的制动容量(Bremsvolumen)由此也传递到后车桥上。车辆可明显地更容易地控制，并且可再沿斜坡干净利索地向下运动。
附图标记列表
1 离合器机组
2 主车桥
3 副车桥
4 车辆
5 操纵单元
6 设备
7 马达
8 档位变速器
9 车轮
10 地面
11 转向角度
12 信号导体
13 车轮传感器
14 侧轴
15 纵轴
16 BUS组件
17 操纵线路
18 转向传感器
19 传动系
20 分动器
21 差速器。

Claims (12)

1.一种用于运行车辆(4)的传动系(19)的方法，所述车辆带有用于在所述车辆(4)的主车桥(2)和副车桥(3)上分配转矩的离合器机组(1)，其中，所述方法至少包括以下步骤：
(a) 确定可使用的驱动转矩；
(b) 确定在所述主车桥(2)处的过量转矩；
(c) 确定在所述副车桥(3)处的当前最大转矩；
(d) 只要所述过量转矩不超过所述最大转矩，就将所述过量转矩提供到所述副车桥(3)处。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)包括以下过程中的至少一个：
a.1 确定所述车辆(4)的马达(7)的运行参数，
a.2 确定在所述档位变速器(8)处的输入力矩，
a.3 由在所述档位变速器(8)处的输入力矩确定所述可使用的驱动转矩。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤(b)包括以下过程中的至少一个：
b.1 确定在所述主车桥(2)处所需的转矩或可转换的转矩，
b.2 一方面在考虑所述可使用的驱动转矩的情况下以及另一方面在考虑在所述主车桥(2)处所需或可转换的转矩的情况下确定所述过量转矩。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤(c)包括以下过程中的至少一个：
c.1 在考虑以下参数中的至少一个的情况下确定在所述副车桥(3)处的当前最大转矩：转向角度、变速器档位、行驶动态范围；
c.2 在考虑在车轮(9)与地面(10)之间的摩擦系数的情况下确定在所述副车桥(3)处的当前最大转矩，
c.3 在考虑在主车桥(2)与副车桥(3)之间的转速差的情况下确定在所述副车桥(3)处的当前最大转矩，
c.4 在考虑在所述主车桥(2)和副车桥(3)的所有车轮处的推动力矩分配的情况下确定在所述副车桥(3)处的当前最大转矩。
5.根据前述权利要求所述的方法，其中，执行过程c.1至c.4中的至少两个。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在车轮(9)与地面(10)之间的摩擦系数用作为用于转矩在所述车辆(4)的主车桥(2)和副车桥(3)上的分配的调节变量并且取决于所述车辆的当前运行参数而跳跃地或迭代地匹配。
7.根据前述权利要求所述的方法，其中，所述摩擦系数的匹配的变化速率是可变的。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在主车桥(2)处的转矩与在副车桥(3)处的转矩的比例取决于在车轮(9)和地面(10)之间的摩擦系数而可变地调整。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，转矩在所述车辆(4)的主车桥(2)和副车桥(3)上的分配也在推动运行下进行。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，感测并考虑由驾驶员要求的马达力矩，其中，所述离合器机组(1)被预见性地致动。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述离合器机组(1)被如此预见性地致动，以至于在所述主车桥(2)和所述副车桥(3)之间不产生转速差。
12.一种车辆(4)，带有用于在所述车辆(4)的不同车桥(2,3)上可变地分配转矩的设备(6)，其中，所述设备(6)适用于并设立成用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
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