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Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für ein Fahrzeug, z. B. ein Kraftfahrzeug, wobei das Steuerungssystem eine Motorsteuerungsvorrichtung zum Steuern eines Antriebs einer ersten Fahrzeugachse mittels einer Brennkraftmaschine und eine Steuervorrichtung zum Steuern eines zweiten Antriebs einer zweiten Fahrzeugachse aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Steuerungssystems und ein Fahrzeug mit einem solchen Steuerungssystem.
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Aus dem Stand der Technik sind allgemein Fahrzeuge bekannt die entweder mit einem Zweiradantrieb oder einem Vierradantrieb ausgestattet sind, um ein bzw. beide Achsen des Fahrzeugs anzutreiben. Dabei werden bei dem Zweiradantrieb bzw. dem Vierradantrieb die jeweilige Achse oder Achsen über einen angeschlossenen Verbrennungsmotor angetrieben. Bei einem Rennfahrzeug kann hierbei ein Fahrer ein Kennfeld manuell anfordern durch Drücken beispielsweise eines entsprechenden Schalters. Das Fahrzeug welches einen Zweiradantrieb oder Vierradantrieb aufweist, wird dann mittels einer zugeordneten Steuerung im Fahrzeug auf Basis des Kennfeldes gesteuert.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine verbesserte Antriebssteuerung für ein Fahrzeug bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Steuerungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Fahrzeug mit einem Steuerungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 und ein Verfahren zum Betreiben eines Steuerungssystems für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst.
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Demgemäß wird erfindungsgemäß ein Steuerungssystem bereitgestellt für ein Fahrzeug mit zwei Achsantriebsvorrichtungen, welches aufweist:
- – eine Motorsteuerungsvorrichtung zur Steuerung einer ersten Achsantriebsvorrichtung zum Antreiben einer ersten Achse des Fahrzeugs mittels einer angeschlossenen Brennkraftmaschine in einem Zweiradantrieb und über einen Vierradantrieb und
- – eine Steuervorrichtung zum Steuern einer zweiten elektrischen Achsantriebsvorrichtung zum Antreiben einer zweiten Achse des Fahrzeugs in einem Vierradantrieb, wobei die Steuervorrichtung, zum Weiterleiten eines Kennfeldes an die Motorsteuerungsvorrichtung, mit der Motorsteuerungsvorrichtung verbunden ist.
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Das Steuerungssystem hat den Vorteil, dass ein Kennfeld beispielsweise über die Steuervorrichtung automatisch abgerufen und direkt an die Motorsteuerungsvorrichtung weitergeleitet werden kann, so dass die Motorsteuerungsvorrichtung auf Basis des Kennfeldes die erste Achsantriebsvorrichtung geeignet ansteuern kann, um so einen optimalen Vierradantrieb zu realisieren.
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Weiter wird ein Verfahren bereitgestellt zum Betreiben eines Steuerungssystems eines Fahrzeugs, wobei das Steuerungssystem eine Motorsteuerungsvorrichtung zum Steuern einer ersten Achsantriebsvorrichtung mittels einer angeschlossenen Brennkraftmaschine und eine Steuervorrichtung zum Steuern einer zweiten, elektrischen Achsantriebsvorrichtung aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
- – Abspeichern wenigstens eines Kennfeldes zum Steuern der ersten Achsantriebsvorrichtung mittels der Motorsteuerungsvorrichtung;
- – Abrufen des Kennfeldes durch die Steuervorrichtung, wenn die zweite Achsantriebsvorrichtung durch die Steuervorrichtung angesteuert wird, um die zugeordneten zweite Fahrzeugachse anzutreiben und
- – Weiterleiten des Kennfeldes an die Motorsteuerungsvorrichtung zum Steuern der ersten Achsantriebsvorrichtung auf Basis des Kennfeldes, um die zugeordnete erste Fahrzeugachse anzutreiben.
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Das Verfahren hat dabei den Vorteil, dass ein Kennfeld für die Motorsteuerungsvorrichtung automatisch durch die Steuervorrichtung abgerufen und an diese weitergeleitet werden kann, um beispielsweise von einem Zweiradantrieb, in welchem nur die erste Fahrzeugachse angetrieben wird, in einen Vierradantrieb umzuschalten, in welchem beide Fahrzeugachsen angetrieben werden, wobei hierbei ein optimierter Vierradantrieb realisiert werden kann. Dabei kann außerdem auf eine manuelle Anforderung eines Kennfeldes durch den Fahrer verzichtet werden, da dies automatisch bereits durch die Steuervorrichtung erfolgt.
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Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Steuerungssystems bzw. Verfahrens der Kennfeldanforderung, insbesondere einer Lambdaregelung, besteht in der Reduktion des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine, bei nur geringer Minderung der Performance. Insbesondere werden Rennfahrzeuge, die bei Langstreckenrennen eingesetzt werden, performanter durch Reduktion der Anzahl benötigter Boxenstopps.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Draufsicht auf ein Fahrzeug mit einer schematischen Darstellung des gekoppelten Achsantriebssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine Perspektivansicht eines Beispiels der Ausführungsform der zweiten elektrischen Achsantriebsvorrichtung gemäß der Erfindung;
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3 eine Perspektivansicht eines transparent dargestellten Fahrzeugs mit eingebauter zweiter elektrischer Achsantriebsvorrichtung gemäß 2;
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4 ein Ausschnitt einer Perspektivansicht der zweiten elektrischen Achsantriebsvorrichtung gemäß 2 und 3;
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5 ein Ausschnitt der Energiespeichervorrichtung der zweiten elektrischen Achsantriebsvorrichtung gemäß 2 und 3;
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6 ein Ausschnitt der Steuervorrichtung für das erfindungsgemäße Achsantriebssystem gemäß 2 und 3; und
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7 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Steuerungssystems.
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In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
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Wie im nachfolgenden anhand der 1 bis 6 näher erläutert wird, ist ein Achshybrid vorgesehen, welcher eine konventionelle Brennkraftmaschine (z. B. einen Verbrennungsmotor) umfasst, die z. B. im Heckbereich des Fahrzeugs angeordnet ist und die beispielsweise die beiden Räder der Hinterachse antreibt. Die beiden Räder der Vorderachse sind dagegen auf einer elektrischen Achse vorgesehen bzw. weisen die nachfolgend detaillierter beschriebene elektrische Achsantriebsvorrichtung auf. Die elektrische Achsantriebsvorrichtung umfasst z. B. zwei voneinander getrennte Elektromaschinenvorrichtungen, die über eine jeweilige Stirnradstufe und eine Gelenkwelle das jeweilige zugeordnete Rad antreiben. Zur Versorgung mit elektrischer Energie ist eine Energiespeichervorrichtung vorgesehen, welche beispielsweise eine Hochvoltbatterievorrichtung oder ein Schwungradspeichervorrichtung ist.
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Das Ziel gemäß der Erfindung ist nun einen verbesserten Datenaustausch zwischen einer Steuervorrichtung bzw. einer Hybridsteuervorrichtung und einer Motorsteuervorrichtung bereitzustellen.
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Im Folgenden wird anhand der Figuren zunächst der Aufbau und die Funktionsweise eines gekoppelten Achsantriebssystems beschrieben, das eine erste konventionelle Achsantriebsvorrichtung und eine zusätzlich zweite elektrische Achsantriebsvorrichtung aufweist. Zur Steuerung der ersten und zweiten Achsantriebsvorrichtungen ist dabei das erfindungsgemäße Steuerungssystem vorgesehen, welches die Motorsteuerungsvorrichtung und die Steuervorrichtung aufweist. Die erste konventionelle Achsantriebsvorrichtung wird dabei über die Motorsteuerungsvorrichtung betätigt und die zweite elektrische Achsantriebsvorrichtung über die Steuervorrichtung bzw. die Hybridsteuervorrichtung.
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In 1 ist eine Draufsicht auf ein Fahrzeug 10 dargestellt mit einem gekoppelten Achsantriebssystem und dem Steuerungssystem gemäß der Erfindung. Das gekoppelte Achsantriebssystem ist dabei rein schematisch und stark vereinfacht dargestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren der Kennfeldanforderung, insbesondere Lambdaregelung, ist bei verschiedenen gekoppelten Achsantriebssystemen anwendbar, beispielsweise auch wenn die erste Achsantriebsvorrichtung und die zweite elektrische Achsantriebsvorrichtung einen gemeinsamen Antriebsstrang ausbilden.
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Wie in 1 gezeigt ist, weist das Fahrzeug 10 eine Brennkraftmaschine 14 auf, wie z. B. einen Verbrennungsmotor. Die Brennkraftmaschine 14 ist dabei beispielsweise im Heckbereich des Fahrzeugs 10 angeordnet, wie in 1 dargestellt ist, und treibt über eine erste konventionelle Achsantriebsvorrichtung 5 die beiden Räder (nicht dargestellt) der Hinterachse an. Genauer gesagt weist das Fahrzeug 10 einen Zweiradantrieb auf, der durch die erste Achsantriebsvorrichtung realisiert wird. Das Fahrzeug 10 kann aber nun nicht nur im Zweiradantrieb gefahren werden sondern das Fahrzeug 10 kann auch auf einen Vierradantrieb oder Allradantrieb geschaltet werden.
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Das gekoppelte Achsantriebssystem weist eine zweite elektrische Achsantriebsvorrichtung 12 auf, welche wenigstens ein Rad einer Achse oder, wie im vorliegenden Beispiel gezeigt ist, beide Räder der Achse, hier z. B. der Vorderachse 20, des Fahrzeugs 10 antreibt. Hierzu weist die elektrische Achsantriebsvorrichtung 12 beispielsweise zwei Elektromaschinenvorrichtungen 16 auf, von denen jeweils eine jeweils ein zugeordnetes Rad 18 der Vorderachse 20 antreibt. Die Elektromaschinenvorrichtungen 16 sind dabei beispielsweise voneinander getrennt oder unabhängig ausgebildet und treiben die beiden Räder 18 vorzugsweise unabhängig voneinander an. Grundsätzlich kann aber auch nur eine Elektromaschinenvorrichtungen 16 vorgesehen werden, welche beide Räder 18 der Achse 20 antreibt (nicht dargestellt).
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Wie in dem Beispiel in 1 gezeigt ist, umfasst die elektrische Achse 20 bzw. hier die Vorderachse 20 mit der elektrischen Achsantriebsvorrichtung 12 zwei voneinander getrennte Elektromaschinenvorrichtungen 16 (z. B. Elektromotoren), die beispielsweise über eine jeweilige Stirnradstufe und eine Gelenkwelle das zugeordnete Rad 18 antreiben. Zur Versorgung der Elektromaschinenvorrichtungen 16 mit Energie bzw. hier elektrischer Energie ist eine Energiespeichervorrichtung 22 vorgesehen, beispielsweise eine Batterie, z. B. eine Hochvoltbatterie, oder eine Schwungradspeichervorrichtung.
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Grundsätzlich kann aber neben der Batterie oder der Schwungradspeichervorrichtung jede andere Art von Energiespeichervorrichtung 22 oder Kombination von Energiespeichervorrichtungen 22 vorgesehen werden, die geeignet ist die Elektromaschinenvorrichtung 16 mit der notwendigen Energie zu versorgen.
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Die Energiespeichervorrichtung 22 ist des Weiteren mit einer Umrichtervorrichtung 24 oder einer Wandlervorrichtung verbunden. Die Umrichtervorrichtung 24 wandelt dabei beispielsweise den Gleichstrom der Energiespeichereinrichtung 22 in einen Wechselstrom für die jeweilige Elektromaschinenvorrichtung 16 um, so dass die Elektromaschinenvorrichtung 16 das zugeordnete Rad 18 der elektrischen Achse 20 bei Bedarf antreiben kann. Das Antreiben der beiden Räder 18 erfolgt dabei über eine entsprechende Steuervorrichtung 26 oder Hybridsteuervorrichtung des Steuerungssystems 1. Die Steuervorrichtung 26 ist dabei mit der Energiespeichervorrichtung 22, den beiden Umrichtervorrichtungen 24 und den beiden Elektromaschinenvorrichtungen 16 verbunden. Dabei ist die Steuervorrichtung 26, wie in 1 gezeigt ist, mit einer Motorsteuerungsvorrichtung 28 des erfindungsgemäßen Steuerungssystems gekoppelt oder über ein Bussystem 30, wie z. B. ein CAN-Bussystem, verbunden. Über die Motorsteuerungsvorrichtung 28 des Steuerungssystems wird hierbei die Brennkraftmaschine 14 und die erste Achsantriebsvorrichtung 5 gesteuert zum Antreiben der zugeordneten Hinterachse.
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Wie zuvor beschrieben ist nun das Ziel gemäß der Erfindung einen verbesserten Datenaustausch zwischen dem Steuergerät der elektrischen Achse, d. h. der Steuervorrichtung bzw. Hybridsteuervorrichtung, und dem Steuergerät des Verbrennungsmotors, d. h. der Motorsteuerungsvorrichtung, zu erreichen.
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Insbesondere bei Rennfahrzeugen kann ein Fahrer manuell ein Kennfeld anfordern. Dazu weist das Fahrzeug eine Eingabeeinrichtung (nicht dargestellt) auf, beispielsweise einen Schalter, um ein geeignetes Kennfeld abzurufen, beispielsweise in Situation in welchen der Fahrer eine höhere Leistung oder eine geringere Leistung benötigt. Hierzu können dem Fahrer beispielsweise Kennfelder für verschiedene Lambda-Werte vorgegeben werden. Benötigt der Fahrer eine höhere Leistung, so kann er beispielsweise ein Kennfeld für einen niedrigeren Lambda-Wert auswählen. Über die Motorsteuerungsvorrichtung wird dann ein dem Lambda-Wert zugeordnetes beispielsweise fettes Gemisch für die angeschlossene Brennkraftmaschine bereitgestellt. Die Brennkraftmaschine als erste konventionelle Achsantriebseinrichtung treibt dabei beispielsweise die Hinterachse und die damit verbundenen Räder an.
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Gemäß der Erfindung wird nun statt oder zusätzlich zu der zuvor beschriebenen manuellen Kennfeldanforderung eine automatische Kennfeldanforderung bereitgestellt mittels des erfindungsgemäßen Steuerungssystems.
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Hierzu kann vorab das Befahren des Fahrzeugs auf Basis des Zweiradantriebs und des Vierradantriebs simuliert werden. Genauer gesagt wird das Befahren einer vorbekannten Rennstrecke einmal im Zweiradantrieb simuliert, bei welchem die erste konventionelle Achsantriebsvorrichtung die Hinterachse antreibt, und einmal im Vierradantrieb, bei welchem zusätzlich die Vorderachse über die zweite elektrische Achsantriebsvorrichtung angetrieben wird. Aus dem Vergleich der Simulationen kann nun bestimmt werden, in welchen Streckenabschnitten der Rennstrecke ein Vierradantrieb günstig ist. Beispielsweise werden die Streckenabschnitte bestimmt, in welchen das Fahrzeug in der Simulation mit dem Vierradantrieb diese Streckenabschnitte schneller durchfährt als mit dem Zweiradantrieb.
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Beim späteren tatsächlichen Durchfahren der Rennstrecke mit dem Fahrzeug wird nun der Vierradantrieb eingeschaltet in den zuvor bestimmten, besonders für den Vierradantrieb geeigneten Streckenabschnitten. D. h. in diesen Streckenabschnitten wird einmal die Hinterachse konventionell über die erste Achsantriebsvorrichtung bzw. die angeschlossene Brennkraftmaschine angetrieben und außerdem zusätzlich die Vorderachse angetrieben über die zweite elektrische Achsantriebsvorrichtung.
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Die zweite elektrische Achsantriebsvorrichtung wird dabei über die Steuervorrichtung 26 des Steuerungssystems 1 betätigt. Die Steuervorrichtung 26 fordert nun gemäß der Erfindung ein geeignetes Kennfeld zum Antreiben der ersten Achse mittels der ersten Achsantriebsvorrichtung im Vierradantrieb auf, welches in einer Speichereinrichtung (nicht dargestellt) vorab abgespeichert ist. Die Speichereinrichtung kann als Teil der Steuervorrichtung 26 oder als separates Teil ausgebildet sein, dass mit der Steuervorrichtung 26 verbunden oder gekoppelt ist. Das Kennfeld ist dabei beispielsweise in Abhängigkeit von einem entsprechenden Lambda-Wert vorgegeben und wird gemäß der Erfindung von der Steuervorrichtung direkt an die Motorsteuerungsvorrichtung weitergeleitet. Die Motorsteuervorrichtung kann nun die Brennkraftmaschine bzw. die erste konventionelle Achsantriebsvorrichtung auf Basis des Kennfeldes steuern. Dazu kann die Motorsteuerungsvorrichtung beispielsweise anhand des Kennfeldes den geeigneten Lambda-Wert einstellen oder ein dem Lambda-Wert zugeordnetes Kraftstoffgemisch für die Brennkraftmaschine bereitstellen, so dass die Brennkraftmaschine bzw. die erste Achsantriebsvorrichtung entsprechend die Hinterachse des Fahrzeugs antreibt und so z. B. ein optimaler Vierradantrieb für den zugeordneten Streckenabschnitt realisiert werden kann. Dies hat den Vorteil, dass der Fahrer nicht im Verlauf eines Rennens selbst manuell z. B. einen geeigneten Lambda-Wert eingeben muss, anhand dem die Motorsteuerungsvorrichtung dann ein entsprechendes Kraftstoffgemisch für die Brennkraftmaschine einstellt. Stattdessen wird der Lambda-Wert automatisch über die Steuervorrichtung für die elektrische Achsantriebsvorrichtung aufgerufen und direkt an die Motorsteuerungsvorrichtung des Steuerungssystems 1 weitergeleitet.
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Die Kennfeldanforderung wird also automatisiert durch die Steuervorrichtung 26 des Steuerungssystems 1 vorgenommen. Dies kann insbesondere für den Fall realisiert werden, dass die Steuervorrichtung 26 die Elektromaschinenvorrichtungen 16 der elektrischen Achse bzw. zweiten elektrischen Achsantriebsvorrichtung 12 generatorisch betreibt (Rekuperation). Dazu kann eine Kennfeldanforderung entsprechend einer Lastpunkterhöhung des Verbrennungsmotors 14 (Lambdaregelung) vorgesehen werden. Indem also durch automatisierte Anforderung eines anderen Kennfeldes durch die Steuervorrichtung 26 bzw. die Hybridsteuervorrichtung und die automatische Weiteleitung des Kennfeldes an die Motorsteuerungsvorrichtung 28 der Lastpunkt des Verbrennungsmotors 14 erhöht wird, ist eine einfache Rekuperation während der Fahrt bei näherungsweise gleicher Gaspedalstellung möglich. Natürlich ist durch die Steuervorrichtung 26 des Steuerungssystems 1 auch eine Kennfeldanforderung unabhängig von einer Rekuperation möglich.
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Des Weiteren können die Steuervorrichtung 26 und/oder die Motorsteuerungsvorrichtung 28 des Steuerungssystems 1 wahlweise zusätzlich, wie in 1 gezeigt ist, mit wenigstens einer manuellen Eingabevorrichtung 32, z. B. einem Boostknopf 34, verbunden sein und/oder mit einer Displayvorrichtung 36. Über die Eingabevorrichtung 32 kann dabei der Fahrer des Fahrzeugs 10 eingeben, dass er das Fahrzeug 10 in einem vorbestimmten Betriebsmodus betreiben möchte. Als ein solcher Betriebsmodus kann dabei beispielsweise ein für einen Vierradantrieb geeigneter Betriebsmodus mit wenigstens einem dazugehörenden Kennfeld vorgegeben werden, welcher von dem Fahrer über den Boostknopf manuell eingestellt werden kann.
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Ein solcher Betriebsmodus ist beispielsweise ein Beschleunigungsmodus bei welchem der Fahrer z. B. sein Fahrzeug 10 aus einer Kurve heraus beschleunigen kann. Wählt der Fahrer über die Eingabeeinrichtung 32 den Beschleunigungsmodus aus, so bedeutet das, dass das Fahrzeug 10 in diesem Beschleunigungsmodus statt über einen Zweiradantrieb über die Hinterachse über einen Vierradantrieb über beide Achsen angetrieben wird. In diesem Betriebsmodus schaltet die Steuervorrichtung 26 bzw. Hybridsteuervorrichtung die zweite elektrische Antriebsvorrichtung 12 zu. Bei dem Vierradantrieb kann die zweite Achse, hier z. B. die Vorderachse 20, über die elektrische Antriebsvorrichtung 12 zusätzlich angetrieben werden, so dass ein Vierradantrieb realisiert wird. Dazu werden, wie zuvor beschrieben, die Vorderachse 20 bzw. die beiden Vorderräder 18 zusätzlich angetrieben über die elektrische Antriebsvorrichtung 12 und deren beide Elektromaschinenvorrichtungen 16.
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Ein weiteres Beispiel für einen Betriebsmodus der für einen Vierradantrieb geeignet ist, ist ein Steigungsmodus, bei welchem beispielsweise der Fahrer mit seinem Fahrzeug 10 einen Berg mit einer entsprechenden Steigung hinauffahren oder hinunterfahren will. In diesem Fall kann über den Steigungsmodus das Fahrzeug 10 im Vierradantrieb betrieben werden statt in dem Zweiradantrieb. Dazu schaltet die Steuervorrichtung 26 bzw. die Hybridsteuervorrichtung die zweite elektrische Antriebsvorrichtung zu. Der Beschleunigungsmodus und der Steigungsmodus sind jedoch lediglich zwei Beispiele für eine Vielzahl von Betriebsmodi, bei welchem ein Antrieb des Fahrzeugs 10 über einen Vierradantrieb besonders günstig ist. Statt der genannten Betriebsmodi können eine Vielzahl von Betriebsmodi vorgesehen werden, die geeignet sind, um das Fahrzeug als Vierradantrieb zu betreiben. Dabei werden den einzelnen Betriebsmodi ein oder mehrere Kennfelder zugeordnet, beispielsweise ein Kennfeld mit einem entsprechenden Lambda-Wert, das von der Steuervorrichtung 26 an die Motorsteuerungsvorrichtung 28 des Steuerungssystems 1 automatisch weitergeleitet werden kann, um die erste konventionelle Achsantriebsvorrichtung 5 bzw. die Brennkraftmaschine 1 entsprechend zu steuern.
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In der Displayvorrichtung 36 kann wahlweise zusätzlich beispielsweise der gewählte Betriebsmodus angezeigt und/oder eine Auswahl von geeigneten Betriebsmodi aus denen der Fahrer auswählen kann. Wahlweise kann die Displayvorrichtung 36 zusätzlich auch als Eingabevorrichtung ausgebildet sein (nicht dargestellt) und beispielsweise einen Touchscreen aufweisen zum Eingeben oder Anklicken eines gewünschten Betriebsmodus, in welchem das Fahrzeug 10 in einem Vierradantrieb betrieben wird.
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Wird nun, wie zuvor beschrieben, ein Betriebsmodus manuell von dem Fahrer eingegeben, um das Fahrzeug in einem Vierradantrieb zu betreiben, so kann die Steuervorrichtung 26 des Steuerungssystem das dem Betriebsmodus zugeordnete wenigstens eine Kennfeld zur Ansteuerung der ersten Achsantriebsvorrichtung 5 automatisch an die Motorsteuerungsvorrichtung 28 weiterleiten. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 26 ein entsprechendes Kennfeld mit einem zugeordneten Lambda-Wert für diesen Betriebsmodus aufrufen und an die Motorsteuerungsvorrichtung 28 weiterleiten, so dass diese beispielsweise ein dem Lambda-Wert zugeordnetes Kraftstoffgemisch für die Brennkraftmaschine 1, z. B. ein fettes oder mageres Gemisch, bereitstellen kann zum Antreiben der ersten Achsantriebsvorrichtung 5. Die Erfindung ist dabei aber nicht auf Kennfelder mit zugeordneten Lambda-Werten beschränkt. Diese Kennfelder sind lediglich ein Beispiel.
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Indem ein Kennfeld für die Motorsteuerungsvorrichtung automatisch durch die Steuervorrichtung 26 aufgerufen und an die Motorsteuerungsvorrichtung 28 weitergeleitet wird, kann ein verbesserter Datenaustausch zwischen diesen beiden Vorrichtungen des Steuerungssystems 1 erzielt werden. Des Weiteren kann ein Fahrer einen Rennkurs optimal bewältigen durch eine Simulation der Rennstrecke und eine Vorabspeicherung von Betriebsmodi und deren Kennfelder für einzelne Streckenabschnitte, welche während des Rennens automatisch abgerufen werden können.
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Wie zuvor beschrieben, kann das Fahrzeug 10 sowohl in einem Zweiradantrieb als auch in einem Vierradantrieb betrieben werden. Im Zweiradantrieb werden dabei beispielsweise die Hinterräder über die Brennkraftmaschine 14, hier den Verbrennungsmotor, betätigt und im Vierradantrieb zusätzlich die Vorderräder 18 über zugeordnete Elektromaschinenvorrichtungen 16. Die Elektromaschinenvorrichtungen 16 werden dabei mit Energie aus der Energiespeichervorrichtung 22 gespeist.
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Gemäß einer Ausführungsform wird diese Energiespeichervorrichtung 22 über die generatorisch betriebenen Elektromaschinenvorrichtungen 16 der elektrischen Achse 20 geladen oder gespeist. Das Laden der Energiespeichervorrichtung 22 über wenigstens eine oder beide Elektromaschinenvorrichtungen 16 kann dabei beispielsweise ausschließlich über diese erfolgen oder die Energiespeichervorrichtung 22 über wenigstens eine weitere Energielieferquelle mit Energie gespeist werden. Eine zusätzliche Energielieferquelle kann beispielsweise ein stationäres Stromnetz sein, z. B. eine Tankstelle mit einem Elektroanschluss, und/oder eine Hochvoltgeneratorvorrichtung usw., um nur einige Beispiele zu nennen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist alternativ oder zusätzlich zu der Energiespeichervorrichtung 22 gemäß der ersten Ausführungsform eine Verbindungsmöglichkeit zu einem stationären Stromnetz vorgesehen (Plug-In Hybrid). Das heißt, die Elektromaschinenvorrichtungen 16 und/oder die Energiespeichervorrichtung 22 werden zusätzlich mit Energie beispielsweise über eine Steckdose eines stationären Elektroanschluss gespeist. Dazu ist die Steckdose z. B. mit der Energiespeichervorrichtung 22, den Umrichtervorrichtungen 24 und/oder den Elektromaschinenvorrichtungen 16 verbunden oder gekoppelt.
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In einer anderen Ausführungsform ist alternativ oder zusätzlich zu der Energiespeichervorrichtung 22 der ersten Ausführungsform und/oder dem stationären Stromnetz der zweiten Ausführungsform eine Generatorvorrichtung, z. B. eine Hochvoltgeneratorvorrichtung, vorgesehen. Die Hochvoltgeneratorvorrichtung ist mit der Brennkraftmaschine 14, hier dem Verbrennungsmotor, verbunden. In dem in 1 gezeigten Beispiel ist die Hochvoltgeneratorvorrichtung mit der Brennkraftmaschine 14 beispielsweise an der Hinterachse verbunden. Diese Hochvoltgeneratorvorrichtung gewinnt dabei Energie zurück beispielsweise aus Bremsvorgängen der Räder der Hinterradachse usw., welche über die Brennkraftmaschine 14 angetrieben werden. Über diese Hochvoltgeneratorvorrichtung können die Energiespeichervorrichtung, direkt die Elektromaschinenvorrichtungen 16 und/oder direkt die Umrichtervorrichtungen 24 mit Energie versorgt werden.
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Dieses Fahrzeug mit der elektrischen Achsantriebsvorrichtung 12 kann nun auf einer vorbekannten Strecke, insbesondere auf einer vorbekannten Rennstrecke oder einer über ein Navigationssystem ermittelten Strecke, als elektrisches Allrad- oder Vierradfahrzeug betrieben werden. Der Vierradantrieb statt dem sonstigen Zweiradantrieb bei dem Fahrzeug 10 kann dann vorgesehen werden, wie zuvor beschrieben, wenn durch eine Vorausberechnung, z. B. mittels einer Simulationsrechnung, ein Zeitgewinn durch einen Vierradantrieb des Fahrzeugs 10 beispielsweise in den Kurven der vorbestimmten Strecke gegenüber einem Zweiradantrieb in den Kurven der vorbestimmten Strecke bestimmt wird. Der Vierradantrieb wird dann durch einen motorischen Betrieb der elektrischen Achse 20 bzw. der elektrischen Achsantriebsvorrichtung 12 in den Kurven der Strecke realisiert, womit die Strecke in kürzerer Zeit durchfahren werden kann.
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Mittels einer Simulationsrechnung kann dabei das Durchfahren der vorbekannten Rennstrecke oder auch der von dem Navigationssystem bestimmten Strecke (Fahrer gibt Start und Zielpunkt einer Strecke in das Navigationsgerät ein und das Navigationsgerät ermittelt hierfür die geeignete Strecke) simuliert werden, beispielsweise einmal für den Zweiradantrieb und einmal für den Vierradantrieb des Fahrzeugs. Durch einen Vergleich kann dann bestimmt werden, wo der Vierradantrieb des Fahrzeugs 10 beispielsweise eine schnellere Durchquerung der Strecke ermöglicht. In diesem Fall kann dann dort anschließend das Fahrzeug 10 z. B. automatisch oder durch Eingabe des Fahrers über eine entsprechende Eingabevorrichtung 32 im Vierradantrieb betrieben werden oder der Vierradantrieb automatisch über die Steuervorrichtung 26 gesteuert werden. Dazu kann beispielsweise beim dem Durchfahren der vorbekannten Rennstrecke durch die Steuervorrichtung 26 ein einem Streckenabschnitt zugeordnetes Kennfeld oder Kennfelder abgerufen und an die Motorsteuerungsvorrichtung 28 weitergeleitet werden, wie zuvor beschrieben. Ebenso kann der Fahrer auch wahlweise zusätzlich oder alternativ über eine entsprechende Eingabevorrichtung manuell einen Betriebsmodus und ein zugeordnetes Kennfeld oder Kennfelder anfordern. Die Steuervorrichtung 26 kann dann beispielsweise bei einem ausgewählten Beschleunigungsmodus oder Steigungsmodus als Betriebsmodus entsprechend die zweite elektrische Antriebsvorrichtung 12 zuschalten und beispielsweise einen dem Betriebsmodus oder einem Kennfeld des Betriebsmodus zugeordneten Lambda-Wert an die Motorsteuerungsvorrichtung 28 übermitteln, so dass diese ein geeignetes Kraftstoffgemisch für die Brennkraftmaschine 1 zum Antreiben der Hinterachse bereitstellt.
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Für einen motorischen Betrieb der elektrischen Achse 20 oder elektrischen Achsantriebsvorrichtung 12 wird zusätzlich z. B. vorab geprüft, ob die Energiespeichervorrichtung 22 ausreichend Energie zu Verfügung stellen kann zum Antreiben der beiden Räder 18 über die Elektromaschinenvorrichtungen 16. Dazu wird beispielsweise der Ladezustand der Energiespeichervorrichtung 22 geprüft, ob dieser in einem vorbestimmten Sollbereich liegt. Ist dies der Fall, so kann beispielsweise ein Vierradantrieb des Fahrzeugs 10, bei welchem die beiden Achsräder 18 über die Elektromaschinenvorrichtungen 16 zusätzlich angetrieben werden, beispielsweise in allen auf der vorbestimmten oder vorbekannten Strecke liegenden Kurven derart vorgesehen werden, dass das Verhalten des Fahrzeugs 10 in jeder Kurve gleich ist, d. h. die Kurvengeschwindigkeit in jeder Kurve erhöht wird. Damit ergibt sich für den Fahrer ein stets gleichmäßiges Fahrverhalten des Fahrzeugs in jeder Kurve. Ist der Ist-Ladezustand nicht im Soll-Bereich bzw. weist die Energiespeichervorrichtung 22 keine ausreichende Ladung auf, so wird der Vierradantrieb nicht eingeschaltet und das Fahrzeug 10 fährt im Zweiradantrieb. Stehen neben der Energiespeichervorrichtung 22 weitere Energiequellen zum Antreiben der Elektromaschinenvorrichtungen 16 zur Verfügung, so kann wahlweise zusätzlich deren Ladungszustand geprüft werden und wenn dieser ausreichend ist, der Vierradantrieb eingeschaltet werden, andernfalls muss gewartet werden, bis die Energiespeichervorrichtung 22 bzw. eine andere zusätzliche Energiequelle wieder ausreichend aufgeladen ist. Hierzu kann beispielsweise ein Signal oder Signale generiert werden von der Motorsteuerungsvorrichtung 28 und/oder der Steuervorrichtung 26 zum Aufladen der Energiespeichervorrichtung 22 oder einer anderen Energiequelle, über die die Elektromaschinenvorrichtungen 16 mit Energie versorgt werden kann.
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In 2 ist eine Perspektivansicht eines Beispiels der elektrischen Achsantriebsvorrichtung 12 des gekoppelten Achsantriebssystems gezeigt. Wie zuvor beschrieben weist die elektrische Achsantriebsvorrichtung 12 wenigstens eine Elektromaschinenvorrichtung, z. B. einen Elektromotor, auf zum Antreiben eines Rads einer Fahrzeugachse 20. In dem Beispiel in 2 sind zwei Elektromaschinenvorrichtung 16 vorgesehen, eine auf jeder Seite der Achse 20, z. B. der Hinterachse oder der Vorderachse 20, welche jeweils ein zugeordnetes Rad der Achse antreiben können. Die jeweilige Elektromaschinenvorrichtung 16 ist mit einer zugeordneten Umrichtervorrichtung 24 verbunden. Des Weiteren ist eine weitere Umrichtervorrichtung 24 über eine Leitungsvorrichtung 38 mit einer Energiespeichervorrichtung 22 verbunden, beispielsweise einer Schwungradspeichervorrichtung 22, wie in 2 gezeigt ist.
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Zum Steuern der beiden Elektromaschinenvorrichtungen 16 ist eine Steuervorrichtung oder Hybridsteuervorrichtung vorgesehen. Diese ist mit beiden Umrichtervorrichtungen 24 über jeweils eine Leitungsvorrichtung verbunden (s. h. 1), sowie über eine Leitungsvorrichtung mit der Energiespeichervorrichtung 22 (s. h. 1). Des Weiteren ist die Steuerungsvorrichtung mit der Motorsteuerungsvorrichtung verbunden (s. h. 1), beispielsweise über ein Bussystem, z. B. ein CAN-Bussystem wie in 1 gezeigt ist.
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3 zeigt des Weiteren ein Beispiel einer Anordnung der in 2 gezeigten elektrischen Achsantriebsvorrichtung 12 in einem Fahrzeug. Wie in dem Beispiel in 3 gezeigt ist, ist die elektrische Achsantriebsvorrichtung 12 zum Antreiben einer oder beider Räder der Vorderachse 20 vorgesehen und daher mit den Vorderrädern 18 verbunden. Ein Vorderrad ist in 3 mit einer gestrichelten Linie angedeutet. Genauer gesagt sind die Elektromaschinenvorrichtungen 16 an der Vorderachse 20 und deren Vorderrädern 18 angeordnet. Des Weiteren sind die beiden Umrichtervorrichtungen 24 beispielsweise ebenfalls vorne im Fahrzeug 10 in der Nähe oder bei den Elektromaschinenvorrichtungen 16 oder der Achse 20 angeordnet. Die Umrichtervorrichtungen 24 können jedoch auch an jedem anderen Platz im Fahrzeug 10 angeordnet werden, sofern sie mit den Elektromaschinenvorrichtungen 16 verbunden oder gekoppelt sind, um ihnen die notwendige Energie bereitzustellen. Als Energiespeichervorrichtung 22 ist beispielsweise eine Schwungradspeichervorrichtung 22 vorgesehen. Diese ist in dem in 3 gezeigten Beispiel in der Mitte des Fahrzeugs 10 oder unterhalb des Passagierraums des Fahrzeugs 10 angeordnet. Die Energiespeichereinrichtung 22 kann aber ebenso an jeder anderen Stelle im Fahrzeug 10 angeordnet sein, beispielsweise vorne im Bereich der Vorderachse 20 oder im Bereich des Hecks oder der Hinterachse des Fahrzeugs 10. Dabei ist die Energiespeichervorrichtung 22 über eine Leitungsvorrichtung 38 mit der zugeordneten Umrichtervorrichtung 24 verbunden und die Elektromaschinenvorrichtungen 26 über zwei entsprechende Leitungsvorrichtungen 38 mit den Umrichtervorrichtungen 24.
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4 zeigt einen Ausschnitt der elektrischen Achsantriebsvorrichtung 12 des gekoppelten Achsantriebssystems. Wie zuvor beschrieben weist die elektrische Achsantriebsvorrichtung 12 die Achse 20 mit den beiden Elektromaschinenvorrichtungen 16 auf, zum Antreiben der beiden Räder der Achse 20, sowie die dazu gehörenden Umrichtervorrichtungen 24. Dabei sind einmal zwei Leitungsvorrichtungen 38 gezeigt zum Verbinden der Elektromaschinenvorrichtungen 16 mit den beiden Umrichtervorrichtungen 24. Die beiden Umrichtervorrichtungen 24 sind dabei in einem Gehäuse angeordnet, wie in nachfolgender 6 gezeigt ist.
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5 zeigt des Weiteren die Energiespeichervorrichtung 22. Die Energiespeichervorrichtung 22 ist dabei beispielsweise als eine Schwungradspeichervorrichtung 22 ausgebildet, welche mit den beiden Elektromaschinenvorrichtungen bzw. mit einer Umrichtervorrichtung über eine Leitungsvorrichtung 38 verbunden ist, um die Elektromaschinenvorrichtungen mit Energie zu versorgen. Des Weiteren ist die Schwungradspeichervorrichtung 22 über eine Leitungsvorrichtung mit der Steuereinrichtung bzw. der Hybridsteuervorrichtung verbunden (nicht dargestellt).
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6 zeigt die Umrichtervorrichtungen 24, welche mit den beiden Elektromaschinenvorrichtungen über Leitungsvorrichtungen 38 verbunden sind und wobei eine Umrichtervorrichtung über eine weitere Leitungsvorrichtung 38 mit der Energiespeichervorrichtung verbunden ist.
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In 7 ist des Weiteren eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Steuerungssystems 1 gezeigt. Das Steuerungssystem 1 weist dabei die Motorsteuerungsvorrichtung 28 auf, welche über eine Brennkraftmaschine als erste Achsantriebsvorrichtung 12 eine erste Fahrzeugachse antreibt, beispielsweise die Hinterachse. Des Weiteren weist das Steuerungssystem 1 die Steuervorrichtung 26 oder Hybridsteuervorrichtung auf, welche elektrisch z. B. mittels wenigstens einer Elektromaschinenvorrichtung eine zweite Fahrzeugachse, z. B. die Vorderachse, antreiben kann. Das Steuerungssystem 1 kann dabei über die Motorsteuervorrichtung 28 und die Steuervorrichtung 26 bei dem Fahrzeug einen Zweiradantrieb und einen Vierradantrieb realisieren, wobei bei einem Vierradantrieb die Steuervorrichtung 26 die zweite Achsantriebsvorrichtung 12 betätigt, so dass diese die zweite Fahrzeugachse zusätzlich antreibt. Die Steuervorrichtung 26 weist dabei eine Speichereinrichtung 3 auf, welche in der in 7 gezeigten Ausführungsform als Teil der Steuervorrichtung 26 ausgebildet ist. Soll das Fahrzeug nun in einem Vierradantrieb statt in einem Zweiradantrieb betrieben werden, so ruft die Steuervorrichtung 26 automatisch aus der Speichereinrichtung 3 wenigstens ein Kennfeld für die Motorsteuervorrichtung 28 auf, zum Betätigen der ersten Achsantriebsvorrichtung im Vierradantrieb. Die Steuervorrichtung 26 leitet dann das Kennfeld für die Motorsteuerungsvorrichtung an diese weiter, so dass die Motorsteuerungsvorrichtung die erste Achsantriebsvorrichtung auf Basis des Kennfeldes ansteuern oder betätigen kann.
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Wie zuvor beschrieben kann wenigstens ein für einen Vierradantrieb geeigneter Streckenabschnitt einer Strecke (z. B. Rennstrecke oder Navigationsstrecke) und wenigstens ein zugeordnetes Kennfeld für die Motorsteuerungsvorrichtung 28 vorab in der Speichereinrichtung 3 abgespeichert sein und z. B. vor oder bei dem Erreichen des Streckenabschnitts durch die Steuerungsvorrichtung aufgerufen werden und das Kennfeld automatisch an die Motorsteuerungsvorrichtung 28 weitergeleitet werden. Die Motorsteuerungsvorrichtung 28 ist dabei mit der Steuervorrichtung 26 beispielsweise über ein Bussystem, z. B. einen CAN-Bus, verbunden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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Insbesondere können die verschiedenen Ausführungsformen auch miteinander kombiniert werden, besondere einzelne Merkmale davon.
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Dabei kann die elektrische Achsantriebsvorrichtung für eine Hinterachse oder Vorderachse eines Fahrzeugs vorgesehen werden. Dabei können ein oder beide Räder der Achse über die elektrische Antriebsvorrichtung bei Bedarf angetrieben werden. Des Weiteren kann für jedes der Räder eine eigene Elektromaschinenvorrichtung, z. B. ein Elektromotor, und eine Umrichtervorrichtung vorgesehen werden, so dass beide Räder voneinander unabhängig angetrieben werden können. Ebenso kann aber auch nur ein Elektromotor zum Antrieben beider Räder einer Achse vorgesehen werden und eine entsprechende zugeordnete Umrichtervorrichtung. Des Weiteren können die beiden Elektromaschinenvorrichtungen zum Antreiben der beiden Räder der Achse statt wenigstens einer gemeinsamen Energiespeichereinrichtung auch jeweils eine eigenen Energiespeichereinrichtung z. B. eine Batterie und/oder eine Schwungradspeichereinrichtung usw. aufweisen.
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Die Fahrzeugachse kann als Teil der elektrischen Antriebsvorrichtung ausgebildet sein, wie beispielsweise in 2, 3 und 4 gezeigt ist und als solches in ein Fahrzeug eingebaut werden. Ebenso kann die Achse aber auch nicht Teil der elektrischen Antriebsvorrichtung sein und stattdessen beispielsweise die jeweilige Elektromaschinenvorrichtung, die Umrichtervorrichtung und die Energiespeichervorrichtung z. B. bei einem Fahrzeug und dessen Achse nachgerüstet werden.
