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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen eines Bremsmoments in einem mindestens zweiachsigen Fahrzeug.
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Stand der Technik
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In der
DE 10 2005 040 253 B3 wird eine Differenzialanordnung mit variabler Drehmomentverteilung für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs offenbart, wobei die Differenzialanordnung sowohl als Mittendifferenzial in einem mehrachsgetriebenen Kraftfahrzeug als auch als Achsdifferenzial ausgeführt sein kann. In der Ausführung als Achsdifferenzial kann die Differenzialanordnung auch als Feststellbremse bei stehendem Fahrzeug verwendet werden, indem die beiden Kupplungen der Differenzialanordnung gleichzeitig betätigt werden, wodurch ein Verspannen der Differenzialanordnung und Blockieren der Räder erreicht wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein zusätzliches Bremsmoment in einem Fahrzeug bereitzustellen, das mit einem aktiv einstellbaren Drehmomentübertragungselement zwischen dem Antriebsmotor des Fahrzeugs und den Rädern mindestens einer Achse ausgestattet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen eines Bremsmoments ist in allradgetriebenen Fahrzeugen anwendbar, bei denen im Antriebsstrang zwischen einem Antriebsmotor und den Rädern an der Vorderachse eine erste Getriebeeinheit und zwischen dem Antriebsmotor und den Rädern an der Hinterachse eine zweite Getriebeeinheit angeordnet ist, wobei die Getriebeübersetzungen in den beiden Getriebeeinheiten sich unterscheiden. Auf Grund der unterschiedlichen Getriebeübersetzungen stellen sich bei geschlossenem Drehmomentübertragungselement zwischen dem Antriebsmotor und den Rädern einer Achse potenziell unterschiedliche Drehzahlen in den Fahrzeugachsen ein. Unter der Voraussetzung ausreichender Haftung zwischen den Reifen und der Fahrbahn und bei Vorliegen der kinematischen Rollbedingung in den Fahrzeugrädern werden trotz unterschiedlicher Getriebeübersetzungen gleiche Raddrehzahlen in den Fahrzeugachsen eingestellt, wobei die Drehzahldifferenz zu einem Schleifen in den Kupplungsteilen des einstellbaren Drehmomentübertragungselements führt, so dass in dem Drehmomentübertragungselement Energie dissipiert wird und ein entsprechendes Bremsmoment erzeugt wird. Somit wird die Differenz in den Umdrehungsgeschwindigkeiten der beiden kinematisch gekoppelten Achsen, welche durch die verschiedenen Getriebeübersetzungen hervorgerufen wird, in ein Bremsmoment umgewandelt. Auf Grund der kinematischen Rollbedingung laufen trotz der unterschiedlichen Getriebeübersetzungen beide Fahrzeugachsen mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit um, die Geschwindigkeitsdifferenz wird als Reibungsenergie in den Kupplungsteilen des Drehmomentübertragungselementes dissipiert, das zwischen dem Antriebsmotor und den Rädern einer der Achsen angeordnet ist. Das Bremsmoment wird nicht bei stillstehendem Fahrzeug, sondern bei einem sich bewegenden Fahrzeug generiert.
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Der Unterschied in der Getriebeübersetzung wirkt sich unmittelbar auf die Höhe des möglichen Bremsmomentes aus. Beispielsweise wird bei einem Getriebeübersetzungsunterschied von 10% ein entsprechend unterschiedliches Moment auf beide Achsen aufgebracht, wobei die Momentendifferenz im Drehmomentübertragungselement als Bremsenergie dissipiert wird.
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Um sicherzustellen, dass der Bremseingriff nicht zu einer fahrdynamischen Instabilität führt, erfolgt der Bremseingriff vorzugsweise nur dann, wenn zumindest eine Fahrzustands- oder Kenngröße im Fahrzeug innerhalb eines zulässigen, definierten Wertebereiches liegt. Die Erzeugung des Bremsmoments ist somit auf fahrdynamisch unkritische Situationen beschränkt bzw. auf Fahrsituationen, in denen die Erzeugung des Bremsmoments keinen negativen Effekt auf die aktuelle Fahrsituation hervorruft.
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Grundsätzlich können verschiedenartige Fahrzustands- bzw. Kenngrößen betrachtet werden, die als Voraussetzung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Bremsverfahrens innerhalb eines bestimmten Wertebereichs liegen müssen. Des Weiteren ist es möglich, entweder nur eine einzige Fahrzustands- bzw. Kenngröße oder mehrere Fahrzustands- bzw. Kenngrößen zu berücksichtigen, die jeweils innerhalb zugeordneter Wertebereiche liegen müssen.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung ist vorgesehen, dass als Fahrzustands- oder Kenngröße eine längsdynamische Zustandsgröße bzw. eine querdynamische Zustandsgröße betrachtet wird, beispielsweise die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, die Fahrzeuglängsbeschleunigung bzw. -verzögerung, die Querbeschleunigung oder die Gierrate. Hierbei wird insbesondere darauf geachtet, dass die betrachtete Zustandsgröße einen vorgegebenen Schwellenwert nicht überschreitet. Die Schwellenwerte bzw. die Bereichsgrenzen, die den zulässigen Wertebereicht für die jeweilige Zustands- bzw. Kenngröße definieren, werden entweder als feste Größen vorgegeben oder hängen ihrerseits von weiteren Zustands- oder Kenngrößen im Fahrzeug oder der Fahrzeugumgebung ab.
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Als weitere Größen könnender Lenkwinkel im Fahrzeug sowie der Reibwert zwischen Reifen und Straße berücksichtigt werden. Hierbei können gegenseitige Abhängigkeiten zum Tragen kommen, beispielsweise dergestalt, dass bei höheren Reibwerten auch höhere Querbeschleunigungen zulässig sind, wohingegen bei niedrigeren Reibwerten aus Stabilitätsgründen auch nur kleinere Gierbeschleunigungen erlaubt sind, damit ein Bremsmoment nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt werden kann. Des Weiteren ist es beispielsweise möglich, bei kleineren Lenkwinkelausschlägen höhere Geschwindigkeiten zuzulassen, bei denen gebremst wird, als bei größeren Lenkwinkelausschlägen.
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Die erfindungsgemäße Erzeugung des Bremsmomenten kann mit der Bremsmomentgenerierung über die reguläre Fahrzeugbremse, also die Radbremsen, kombiniert werden. Hierbei sind verschiedene Strategien möglich, beispielsweise dergestalt, dass bei kleineren Bremsmomentanforderungen primär das erfindungsgemäße Bremsmoment erzeugt wird und erst bei einer Bremsmomentanforderung, die höher ist als das über das erfindungsgemäße Verfahren bereitzustellende Bremsmoment, ergänzend oder alternativ die Radbremsen aktiviert werden. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass die Radbremsen entlastet werden.
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Zweckmäßigerweise wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von Bremsmoment im nicht-angetriebenen, rollenden Zustand des Fahrzeugs generiert. In diesem Fahrzustand wird über den Antriebsmotor des Fahrzeugs – eine Brennkraftmaschine oder ein Elektromotor – kein antreibendes Moment erzeugt. Gleichwohl ist es möglich, auch im angetriebenen Zustand ein Bremsmoment nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu erzeugen.
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Die Bremsmomenterzeugung kann mit verschiedenen weiteren Funktionen im Fahrzeug, insbesondere mit einem Fahrerassistenzsystem kombiniert werden. In Betracht kommt beispielsweise die Kopplung mit einem automatischen Abstandssystem, bei welchem mithilfe einer Umfeldsensorik der Abstand zwischen dem Fahrzeug und einem vorausfahrenden Fahrzeug gemessen und selbsttätig geschwindigkeitsabhängig der Abstand durch Beeinflussung der Motorantriebsleistung sowie der Bremsen eingehalten wird. Im Falle einer Verringerung des Abstandes zwischen Fahrzeug und vorausfahrendem Fahrzeug kann über das erfindungsgemäße Verfahren ein Bremsmoment zum Abbremsen des Fahrzeugs generiert werden.
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Ein weiterer Vorteil bei der Erzeugung von Bremsmoment nach dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt in der geringen Geräuschentwicklung. Insbesondere bei frei rollendem Fahrzeug, wenn die Geräuschentwicklung durch den Verbrennungsmotor als Antriebsquelle gering ist, wird ein niedriges Geräuschniveau beim Bremsen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren als subjektiv angenehm empfunden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren läuft in einem Regel- bzw. Steuergerät ab, welches vorzugsweise in ein vierradgetriebenes Fahrzeug eingebaut ist. In dem Fahrzeug kommen verschiedene Fahrzeugvarianten in Betracht. In einer einfachen Ausführungsvariante ist eine der Fahrzeugachsen, beispielsweise die Hinterachse, fest angetrieben, wohingegen die zweite Achse über eine Kupplung zuschaltbar ist, insbesondere eine so genannte Hang-On-Kupplung, die das Drehmomentübertragungselement bildet. Mit dem Zuschalten der Kupplung kann Bremsmoment erzeugt werden, sofern die hierfür postulierten Bedingungen erfüllt sind. In der Ausführung als zu- und abschaltbare Kupplung sind die Getriebeeinheiten als separate Baueinheiten ausgeführt, über die die Antriebsbewegung des Antriebsmotors auf die Vorder- bzw. Hinterachse übertragen wird.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist das Drehmomentübertragungselement als ein Torque-Vectoring-Stellelement ausgeführt, das ein aktives Stellelement bzw. einen Aktor darstellt, über das in einstellbarer Weise Drehmomente übertragen werden. Das Torque-Vecotring-Stellelement beinhaltet zweckmäßigerweise mindestens auch eine der Getriebeeinheiten, wodurch eine kompakte Ausführung gegeben ist.
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Das Torque-Vectoring-Stellelement ist vorzugsweise als ein Mittendifferenzial ausgeführt, das im kinematischen Verbindungsweg zwischen den beiden Fahrzeugachsen angeordnet ist und über das eine Drehmomentaufteilung zwischen den Achsen durchführbar ist. Gemäß einer weiteren Ausführung ist das Torque-Vectoring-Stellelement als ein Achsdifferenzial innerhalb einer Fahrzeugachse ausgebildet, mit dessen Hilfe eine Drehmomentverteilung zwischen dem linken und dem rechten Fahrzeugrad der Achse durchgeführt werden kann. Das Bremsmoment wird über das Achsdifferenzial erzeugt, indem die beiden Kupplungen des Achsdifferenzials gleichzeitig geschlossen werden, so dass auf Grund unterschiedlicher Getriebeübersetzungen an der Vorderachse und der Hinterachse eine Drehzahldifferenz zwischen den Achsen aufgeprägt wird, die zu einem Schleifen der Kupplungsscheiben des Achsdifferenzials führt, was dem zu generierenden Bremsmoment entspricht.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit fest angetriebener Hinterachse und zuschaltbarem Antrieb auf die Vorderachse, wobei in den Antriebsstrang zwischen Antriebsmotor und Vorderachse eine einstellbare Kupplung integriert ist,
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2 ein allradgetriebenes Fahrzeug in einer Ausführungsvariante, bei dem in die Vorderachse ein Achsdifferenzial integriert ist,
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3 ein Ablaufdiagramm mit einzelnen Verfahrensschritten zur Durchführung des Verfahrens zum Erzeugen eines Bremsmomentes.
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Das in 1 dargestellte Fahrzeug 1 ist als allradgetriebenes Fahrzeug ausgeführt und umfasst einen Antriebsmotor 2, insbesondere einen Verbrennungsmotor, dessen Antriebsmoment über eine hintere Getriebeeinheit 3 an die Hinterachse 4 und eine vordere Getriebeeinheit 5 an die Vorderachse 6 geleitet wird. Der Antrieb der Vorderachse 6 ist über ein Kupplungselement 7, welches als Hang-On-Kupplung ausgeführt ist, zuschaltbar ausgeführt. Dem Fahrzeug 1 ist ein Regel- bzw. Steuergerät 8 zugeordnet, das mit dem Antriebsmotor 2 kommuniziert und das über Stellsignale die Hang-On-Kupplung 7 einstellt. Das Regel- bzw. Steuergerät 8 empfängt außerdem Sensordaten einer Sensorik 9 im Fahrzeug 1, die sowohl eine Umfeldsensorik als auch eine Sensorik zur Ermittlung von Fahrzeugzustands- bzw. Kenngrößen umfasst. Die Stellsignale des Regel- bzw. Steuergeräts 8 zur Einstellung der Kupplung 7 werden als Funktion motorischer Kenndaten sowie der Sensordaten generiert.
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Die beiden Getriebeeinheiten 3 und 5 an der Hinterachse 4 bzw. der Vorderachse 6 weisen eine sich unterscheidende Getriebeübersetzung auf, die sich um einen Betrag von beispielsweise 10% oder 15% unterscheiden kann. Beispielsweise besitzt die hintere Getriebeeinheit 11 eine Getriebeübersetzung von i = 11 und die vordere Getriebeeinheit eine Getriebeübersetzung von i = 10. Dieser Unterschied in der Übersetzung führt bei geschlossener Kupplung 7 zu einer Differenzdrehzahl zwischen Vorderachse und Hinterachse. Ausreichend hohe Haftung vorausgesetzt, wird anstelle einer Differenzdrehzahl ein Bremsmoment generiert, indem bei sich schließender Kupplung 7 die Kupplungsteile aneinanderschleifen, wodurch Reibungsarbeit geleistet wird, die zu einem Abbremsen des Fahrzeugs führt. Auf diese Weise ist es möglich, in bestimmten Fahrsituationen allein über das Schließen der Kupplung 7 Bremsmoment zu erzeugen und das Fahrzeug aus seiner aktuellen Geschwindigkeit heraus abzubremsen. Dieses Verfahren zur Erzeugung von Bremsmoment wird ausschließlich bei nicht-stehendem Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit durchgeführt, die signifikant größer als null ist.
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In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein vierradgetriebenes Fahrzeug dargestellt. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel weist das Fahrzeug 1 als Antriebsmotor 2 einen Verbrennungsmotor auf, dessen Antriebskraft sowohl auf die Hinterachse als auch die Vorderachse 6 geleitet wird. Das Fahrzeug 1 ist mit einem Regel- bzw. Steuergerät 8 ausgestattet, das sowohl mit dem Antriebsmotor 2 als auch mit einer fahrzeugeigenen Sensorik 9 kommuniziert und Stellsignale zur Einstellung eines Achsdifferenzials 10 erzeugt, bei dem es sich um ein aktiv einstellbares, Torque-Vectoring-Stellelement handelt. Das Achsdifferenzial 10 weist zwei Kupplungen 11 und 12 auf, über die Antriebsmoment auf das linke bzw. rechte Vorderrad geleitet werden kann. Zweckmäßigerweise ist die vordere Getriebeeinheit 5 in das Achsdifferenzial 10 integriert.
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Auch in diesem Ausführungsbeispiel weisen die hintere Getriebeeinheit 3 und die vordere Getriebeeinheit 5 eine sich unterscheidende Getriebeübersetzung auf.
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Mit dem gleichzeitigen Schließen beider Kupplungen 11 und 12 des Achsdifferenzials 10 kann während der Fahrt des Fahrzeugs ein Bremsmoment generiert werden, sofern eine ausreichend hohe Haftung zwischen den Rädern und der Fahrbahn besteht. Auf Grund der unterschiedlichen Getriebeübersetzungen entsteht an der Hinterachse und der Vorderachse eine Differenzdrehzahl, die zu eifern Schleifen der beiden Kupplungen 11 und 12 und damit einhergehend mit einem Dissipieren von Bewegungsenergie in den Kupplungen führt.
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Das Ablaufdiagramm gemäß 3 zeigt die einzelnen Verfahrensschritte zur Durchführung des Verfahrens zur Erzeugung von Bremsmoment bei einem Fahrzeug gemäß den 1 und 2. Zunächst wird in einem ersten Verfahrensschritt 20 überprüft, ob eine Bremsmomentenanforderung entweder durch den Fahrer oder durch ein Fahrerassistenzsystem vorliegt, beispielsweise von einem Abstandsregelsystem. Sofern dies der Fall ist, wird der ja-Verzweigung („Y”) folgend zum nächsten Verfahrensschritt 21 fortgefahren; anderenfalls wird der nein-Verzweigung („N”) folgend wieder zum Beginn des Verfahrensschrittes 20 zurückgekehrt.
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Im nächsten Verfahrensschritt 21 erfolgt eine weitere Abfrage, ob die gewünschte Bremsmomentenanforderung über das Drehmomentübertragungselement im Antriebsstrang – im Ausführungsbeispiel gemäß 1 die Kupplung 7 und gemäß 2 das Achsdifferenzial 10 mit den beiden Kupplungen 11 und 12 – bereitgestellt werden kann. Dies ist dann der Fall, wenn weitere Bedingungen insbesondere hinsichtlich des aktuellen Fahrzustandes im Fahrzeug erfüllt sind. Der Bremsmomentenanforderung wird durch das Schließen der entsprechenden Kupplung bzw. Kupplungen nur entsprochen, wenn keine negativen Auswirkungen auf die Fahrstabilität zu erwarten sind. Um derartige negative Auswirkungen zu vermeiden, wird im Verfahrensschritt 21 eine Überprüfung von Fahrzeugzustands- bzw. Kenngrößen durchgeführt, die innerhalb zulässiger Wertebereiche liegen müssen. Bei den betrachteten Fahrzustands bzw. Kenngrößen handelt es sich sowohl um längs- und/oder querdynamische Zustandsgrößen, insbesondere die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, die Fahrzeuglängsbeschleunigung, die Querbeschleunigung und die Gierrate. Darüber hinaus wird der aktuelle Lenkwinkeleinschlag betrachtet sowie die Radschlupfwerte, wobei der sich aus Längsschlupf und Querschlupf zusammensetzende Radschlupf einen Schwellenwert nicht überschreiten darf. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass bei Geradeausfahrt oder beim Durchfahren von großen Kurvenradien geringere Seitenführungskräfte in Querrichtung übertragen werden müssen, so dass ein größerer Längsschlupf zulässig ist, ohne den Schwellenwert zu überschreiten.
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Des Weiteren muss der aktuelle Reibwert zwischen den Reifen und der Fahrbahn berücksichtigt werden. Um das Bremsen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführen, ist es erforderlich, dass der Reibwert einen Schwellenwert nicht unterschreitet, da anderenfalls die unterschiedlichen Getriebeübersetzungen sich in einer Drehzahldifferenz auswirken, jedoch kein Bremsmoment generiert werden kann. Bei ausreichend hohem Reibwert laufen dagegen trotz unterschiedlicher Getriebeübersetzung beide Fahrzeugachsen mit gleicher Drehzahl um, gleichzeitig wird Energie in Form von Reibung im Kupplungselement dissipiert.
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Sofern alle geforderten Bedingungen gemäß Abfrage nach Verfahrensschritt 21 erfüllt sind, wird der ja-Verzweigung folgend zum nächsten Verfahrensschritt 22 fortgefahren, in welchem das Kupplungselement bzw. die Kupplungselemente geschlossen und dadurch ein Bremsmoment erzeugt wird. Sofern nicht alle Bedingungen gemäß Verfahrensschritt 21 erfüllt sind, wird der nein-Verzweigung folgend wieder zum Beginn des Verfahrens zurückgekehrt, woraufhin in zyklischen Abschnitten erneut das gesamte Verfahren durchlaufen wird. In diesem Fall werden keine Bremsmomente nach dem erfindungsgemäßen Verfahren generiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005040253 B3 [0002]
