DE102010036860A1

DE102010036860A1 - Verfahren zum Ermitteln einer tatsächlichen Drehmomentenverteilung einer Allradkupplungsvorrichtung eines zumindest wahlweise vierradangetriebenen Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102010036860A1
Application number: DE102010036860A
Authority: DE
Inventors: Adam Kobielski; Marc Wörsching
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2010-08-05
Filing date: 2010-08-05
Publication date: 2012-02-09

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Ermitteln einer tatsächlichen Drehmomentenverteilung einer Allradkupplungsvorrichtung (2) eines zumindest wahlweise vierradangetriebenen Kraftfahrzeuges (1), welches einen kupplungsgesteuerten Allradantrieb mit einer ersten (12) und einer zweiten Achse (22) aufweist, wobei eine änderbare Einstellung der Allradkupplungsvorrichtung (2) eine gewünschte Drehmomentenverteilung auf die erste (12) und zweite (22) Achse vorgibt, wobei die tatsächliche Drehmomentenverteilung der Allradkupplungsvorrichtung (2) anhand einer automatisch ausgewählten Methode unter einer Verwendung von mindestens einer Messdatenreihe eines Betriebsparameters des Kraftfahrzeuges (1) und mindestens einem entsprechenden Kennfeld ermittelt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer tatsächlichen Drehmomentenverteilung einer Allradkupplungsvorrichtung eines zumindest wahlweise vierradangetriebenen Kraftfahrzeuges.
Systeme zur Ansteuerung und Regelung von Allradantrieb von Kraftfahrzeugen sind weithin bekannt. Der Allradantrieb ist eine Antriebsart von Kraftfahrzeugen, bei der die Antriebskraft an alle traktionsfähigen Räder des Kraftfahrzeuges geleitet wird. Bezogen auf vierrädrige Kraftfahrzeuge werden somit Vorder- und Hinterachse gleichzeitig angetrieben. Dabei kann die Leistung auf die Vorder- und Hinterachse unterschiedlich verteilt werden. Aus technischer Sicht können Allradantriebe in differenzialgesteuerte oder permanente Allradantriebe und in kupplungsgesteuerte Allradantriebe eingeteilt werden. Der Allradantrieb erfordert im Allgemeinen hierbei beim Fahrzeug zwei Achsdifferenziale, die ihrerseits wieder mit einem Längsdifferenzial verbunden sind. Eine Sonderstellung nehmen Systeme ein, die nicht permanent sind und über eine Allradkupplung verfügen, welche die Verteilung der Antriebskraft auf die Achsen übernimmt. Bei dieser Form kann der Allradantrieb mit einer Kupplung weg- und zugeschaltet werden. Bei Allrad-Antriebssträngen mit variabler Drehmomentverteilung zwischen mehreren Achsen, sogenannten Allrad Hang-On-Systemen mit variabel steuerbarer oder regelbarer Drehmomentverteilung durch eine Längs- oder Allradkupplung, ist das möglichst genaue Einstellen von gewünschten Soll-Momenten an den Antriebsachsen notwendig, um die geforderte Fahrdynamik sicherzustellen. Die Überprüfung der Stellgenauigkeit von Längs- oder Allradkupplungen für Allrad-Systeme gestaltet sich kompliziert, da hierbei eine aufwendige Messtechnik in Form von Drehmomentsensoren in das jeweilige Fahrzeug eingebaut werden muss.
Die Druckschrift DE 103 46 671 A1 beschreibt ein Steuersystem für ein zumindest zeitweise vierradbetriebenes Kraftfahrzeug mit einer Steuereinheit, mittels der das Antriebsmoment einer Antriebseinheit auf primäre Antriebsräder, die permanent mit der Antriebseinheit verbunden sind, und auf sekundäre Antriebsräder, die bedarfsweise mit der Antriebseinheit verbindbar sind, variabel verteilbar ist, wobei zur Verteilung des Antriebsmoments ein Kupplungsmoment einer zwischen der Antriebseinheit und dem sekundären Antriebsrädern angeordneten Übertragungskupplung mittels der Steuereinheit eingestellt wird, wobei die Steuereinheit derart ausgestaltet ist, dass über eine Kennlinie ein Soll-Kupplungsmoment einem Verstellweg für den die Übertragungskupplung betätigten Aktuator zugeordnet wird, wobei von der Steuereinheit bei Vorliegen mindestens einer definierten Betriebsbedingung durch die stabil laufenden Räder sicher gestellt wird, wobei ein Verstellweg vorgegeben wird, der gemäß der Kennlinie in einem nicht voll gesperrten Zustand der Übertragungskupplung dazu führt, dass anschließend von der Steuereinheit das tatsächliche Kupplungsmoment nur aus dem Antriebsschlupf an der Vorderachse, dem Antriebsschlupf an der Hinterachse und den Gesamtantriebsmoment berechenbar ist.
Die Druckschrift EP 1 670 661 B1 offenbart ein Steuersystem für ein zumindest zeitweise vierradbetriebenes Kraftfahrzeug mit einer Steuereinheit mit der das Antriebsmoment einer Antriebseinheit auf primäre Antriebsräder, die permanent mit der Antriebseinheit verbunden sind, und auf sekundäre Antriebsräder, die bedarfsweise mit der Antriebseinheit verbindbar sind, variabel verteilt, wobei zur Verteilung des Antriebsmoments ein Kupplungsmoment einer zwischen der Antriebseinheit und den sekundären Antriebsrädern angeordneten Übergangskupplungen mittels der Steuereinheit eingestellt wird. Die beschriebene Steuereinheit ist dabei derart ausgestaltet, dass über eine Kennlinie ein Sollkupplungsmoment einem Verstellweg für den die Übertragungskupplung betätigenden Aktuator zugeordnet wird und dass von der Steuereinheit bei der Vorgabe eines Verstellwegs, der gemäß der Kennlinie zu einem zumindest voll gesperrten Zustand der Übertragungskupplung führen müsste, geprüft wird, ob ein Schlupfen der Übertragungskupplung auftritt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Ermitteln einer tatsächlichen Drehmomentenverteilung einer Allradkupplungsvorrichtung für zumindest wahlweise vierradangetriebene Kraftfahrzeuge zur Verfügung zu stellen, bei dem gewährleistet wird, dass die wirkenden Antriebsmomente auf die Antriebsachsen optimal verteilt sind, ohne Drehmomentsensoren zu verwenden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur zum Ermitteln einer tatsächlichen Drehmomentenverteilung einer Allradkupplungsvorrichtung eines zumindest wahlweise vierradangetriebenen Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Demgemäß wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Ermitteln einer tatsächlichen Drehmomentenverteilung einer Allradkupplungsvorrichtung eines zumindest wahlweise vierradangetriebenen Kraftfahrzeuges bereitgestellt, welches einen kupplungsgesteuerten Allradantrieb mit einer ersten und einer zweiten Achse aufweist, wobei eine änderbare Einstellung der Allradkupplungsvorrichtung eine gewünschte Drehmomentenverteilung auf die erste und zweite Achse vorgibt, wobei die tatsächliche Drehmomenten-verteilung der Allradkupplungsvorrichtung anhand einer ausgewählten Ermittelungsmethode auf einer Basis von mindestens einer Messdatenreihe eines Betriebsparameters des Kraftfahrzeuges und mindestens einem entsprechenden Kennfeld ermittelt wird.
Die der Erfindung zugrunde liegende Idee liegt in der Überprüfung der Stellgenauigkeit von Längskupplungen bei Allradsystemen, wobei eine direkte Messung der Drehmomentenverteilung aufgrund der notwendigen Messtechnik kompliziert ist. Es wird daher ein Verfahren für eine Softwareanwendung verwendet, welches in dem Kraftfahrzeug verfügbare Signale von physikalischen Größen sowie entsprechende Kennfelder verwendet, um das eingestellte Kupplungsmoment der Allradkupplungsvorrichtung unter Berücksichtigung physikalischer Zusammenhänge zu ermitteln und um diese mit den geforderten Sollmomenten zu vergleichen.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung angegeben.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird bei dem Verfahren das vierradangetriebene Kraftfahrzeug mit einer Achse kurzzeitig eine Rollenbahn überfahren gelassen, wie etwa beispielsweise im Rahmen einer Testfahrt oder einer Erprobungs- oder Versuchsfahrt, um Erfahrungen unter extremen Bedingungen der Systeme zu sammeln. Beispielsweise wird bei dieser als Rollenbahnmethode bezeichneten Methode zum Ermitteln der tatsächlichen Drehmomentenverteilung als die mindestens eine Messdatenreihe des Betriebsparameters eine Längsbeschleunigung des vierradangetriebenen Kraftfahrzeuges verwendet und als das mindestens eine entsprechende Kennfeld Fahrwiderstände des Kraftfahrzeuges verwendet. Da einzig die nicht auf der Rollenbahn befindliche Achse für die Beschleunigung des Kraftfahrzeuges während dem kurzeitigen Überfahren der Rollenbahn Sorge trägt, kann durch eine Auswertung einer Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeuges abzüglich der Fahrwiderstände ein an dieser Achse anliegendes Drehmoment errechnet werden. Die auf der Rollenbahn befindliche Achse erzeugt ein Hochdrehen der rotatorischen Massen der Achse, womit sich ebenfalls das an dieser Achse anliegende Drehmoment bestimmen lässt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird als die mindestens eine Messdatenreihe des Betriebsparameters ein Reifenschlupf der ersten und der zweiten Achse und als das mindestens eine entsprechende Kennfeld ein Kennfeld des Reifenschlupfes in Abhängigkeit einer an der ersten und zweiten Achse anliegenden Längskraft verwendet wird, um die tatsächliche Drehmomentenverteilung auf die erste und zweite Achse über die an der ersten und zweiten Achse anliegenden Längskraft ermittelt. Diese Methode wird auch als Reifenschlupfmethode bezeichnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die mindestens eine Messdatenreihe des Betriebsparameters ein in einen Antriebsstrang eingespeistes Motormoment und als das mindestens eine entsprechende Kennfeld ein Kennfeld eines Wirkungsgrades des Antriebsstranges verwendet, um die tatsächliche Drehmomentenverteilung auf die erste und zweite Achse zu ermitteln, wobei die Allradkupplungsvorrichtung über den Antriebsstrang angetrieben wird. Diese Methode kann auch als Triebstrang-Wirkungsgradmethode bezeichnet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zum Ermitteln der tatsächlichen Drehmomentenverteilung die Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeuges anhand einer fortlaufenden Bestimmung von Beschleunigungen des Kraftfahrzeuges durch einen Beschleunigungssensor bestimmt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird zum Ermitteln der tatsächlichen Drehmomentenverteilung anhand des Reifenschlupfes der ersten und zweiten Achse der Reifenschlupf eines jeden Rades der ersten und zweiten Achse verwendet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden zum Ermitteln der tatsächlichen Drehmomentenverteilung anhand des Reifenschlupfes Messdaten zu Drehzahlen der ersten und zweiten Achse und Kennfelder von dynamischen Radhalbmessern in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges verwendet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird zum Ermitteln der tatsächlichen Drehmomentenverteilung anhand des in den Antriebsstrang eingespeisten Motormomentes das Kennfeld des Wirkungsgrades des Antriebsstranges aus einzelnen Kennfeldern der Wirkungsgrade von Bauteilen des Antriebsstranges zusammengesetzt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das in den Antriebsstrang eingespeiste Motormoment aus Daten eines Feldbussystems des Kraftfahrzeuges errechnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden bei dem Verfahren zum Ermitteln der Drehmomentenverteilung der Allradkupplungsvorrichtung des Kraftfahrzeuges Kennfelder zu dem Betriebsparameter in Abhängigkeit einer Baureihe und/oder einer Modelvariante des Kraftfahrzeuges verwendet Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Methode zur Ermittlung der tatsächlichen Drehmomenten-verteilung der Allradkupplungsvorrichtung automatisch ausgewählt.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung lassen sich auf beliebige und geeignete Art und Weise miteinander kombinieren.
Im Weiteren werden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren zu deren Erläuterung beschrieben.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
2 ein schematisches Steuerdiagramm des Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In allen Figuren der Zeichnung sind gleiche und funktionsgleiche Elemente – sofern nichts Anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Ermitteln einer tatsächlichen Drehmomenten-verteilung einer Allradkupplungsvorrichtung 2 für ein Allradantriebssystem mit variabler Drehmomentenverteilung zwischen mehreren Achsen, wobei das Allradantriebssystem eine möglichst genaue Einstellung von gewünschten Sollmomenten an den Achsen gewährleistet, um die geforderte Fahrdynamik sicher zu stellen. Ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Motor 5 umfasst einem Antriebsstrang 4 mit variabler Drehmomentverteilung zwischen mehreren Achsen, beispielsweise ein Allrad Hang-On-System mit variabel steuerbarer oder regelbarer Drehmomentverteilung durch eine Allradkupplungsvorrichtung 2. Diese Allradkupplungsvorrichtung ist beispielsweise als Längskupplung zwischen einer ersten Achse 12 und einer zweiten Achse 22 ausgeführt, wobei die erste Achse 12 permanent und die zweite Achse 22 wahlweise angetrieben wird. Die gewünschten Soll-Momente an der ersten Achse 12 und zweiten Achse 22 sind durch eine Reglungseinheit 3 einstellbar, um die geforderte Fahrdynamik sicherzustellen. Die Reglungseinheit 3 regelt die änderbare Einstellung der Drehmomentenverteilung der Allradkupplungsvorrichtung 2. Ferner umfasst die erste Achse 12 ein erstes Achsdifferential 10 für ein erstes Rad 14 und ein zweites Rad 18. Die zweite Achse 22 umfasst entsprechend ein zweites Achsdifferential 20 für ein erstes Rad 24 und ein zweites Rad 28. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann die Vorrichtung im Kraftfahrzeug 1 integriert sein oder als eine an das Kraftfahrzeug 1 anschließbare Fahrzeugdiagnosevorrichtung ausgeführt sein, um als Analysewerkzeug nach erfolgten Testfahrten, Erprobungs- oder Versuchsfahrten zum Auslesen von Steuergerätedaten und zum Aufzeichnen von Datenbuskommunikation zu dienen und die Drehmonentenverteilung der Allradkupplungsvorrichtung 2 durch automatisch ausgewählte Ermittelungsmethoden zu ermitteln.
Beispielsweise werden durch das erfindungsgemäße Verfahren Längsbeschleunigungen, Querbeschleunigungen, Gaspedalbetätigungen, Radgeschwindigkeiten, Steigungssignale, Lenkwinkel sowie geforderte Allradkupplungssollmomente und Referenzgeschwindigkeiten unter Berücksichtigung der physikalischen Zusammenhänge für die Ermittlung der Drehmomentenverteilung verwendet. Beispielsweise wird anhand einer Rollenbahnmethode die Drehmomentenverteilung des Allradkupplungs-Ist-Momentes der Allradkupplungsvorrichtung 2 durch Auswertung des Längsbeschleunigungsverhaltens des Kraftfahrzeuges 1 sowie das Hochdrehen der zu berücksichtigenden rotatorischen Masse ermittelt. Alternativ kann mit der sogenannten Zugkraftmethode, die aus dem Reifenschlupf ermittelt wird, das Allradkupplungs-Ist-Moment durch Auswertung der jeweils aktuell wirkenden Beschleunigung des Kraftfahrzeuges 1 ermittelt werden.
Die 2 zeigt ein schematisches Steuerdiagramm des Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren umfasst zunächst einen Schritt S1 des Auswählens des Fahrzeugtyps des betreffenden Kraftfahrzeuges. In einem Schritt S2 können entsprechend des ausgewählten Fahrzeugtyps des Kraftfahrzeuges 1 Parameter und weitere Kennfelder aus einer gespeicherten Datensammlung bereitgestellt werden. Ferner werden in einem Schritt S3 Messdaten und Messdatenreihen von der Vorrichtung zur Ermittelung der Drehmomentenverteilung eingelesen. In einem Schritt S4 erfolgt ein Auswählen einer der drei Ermittlungsmethoden, der Triebstrang-Wirkungsgradmethode oder der Reifenschlupfmethode oder der Rollenbahnmethode, zur Berechnung und Ermittlung der Drehmomentverteilung der Allradkupplungsvorrichtung 2. In einem Schritt S5 erfolgt ein Darstellen der ermittelten Drehmomentenverteilung beispielsweise auf einer Anzeige.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10346671 A1 [0003]
EP 1670661 B1 [0004]

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer tatsächlichen Drehmomentenverteilung einer Allradkupplungsvorrichtung (2) eines zumindest wahlweise vierradangetriebenen Kraftfahrzeuges (1), welches einen kupplungsgesteuerten Allradantrieb mit einer ersten Achse (12) und einer zweiten Achse (22) aufweist, wobei eine änderbare Einstellung der Allradkupplungsvorrichtung (2) eine gewünschte Drehmomentenverteilung auf die erste Achse (12) und die zweite Achse (22) vorgibt, wobei die tatsächliche Drehmomentenverteilung der Allradkupplungsvorrichtung (2) anhand einer Ermittelungsmethode unter auf einer Basis von mindestens einer Messdatenreihe eines Betriebsparameters des Kraftfahrzeuges (1) und mindestens einem entsprechenden Kennfeld ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das vierradangetriebene Kraftfahrzeug (1) mit einer Achse eine Rollenbahn überfährt und wobei zum Ermitteln der tatsächlichen Drehmomentenverteilung als die mindestens eine Messdatenreihe des Betriebsparameters eine Längsbeschleunigung des vierradangetriebenen Kraftfahrzeuges (1) verwendet wird und als das mindestens eine entsprechende Kennfeld Fahrwiderstände des Kraftfahrzeuges (1) verwendet werden, wobei ein Drehmoment der nicht auf der Rollenbahn befindlichen Achse der Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeuges (1) abzüglich von Fahrwiderständen zugerechnet wird und ein Drehmoment der auf der Rollenbahn befindlichen Achse einem Hochdrehen von rotatorischen Massen der die Rollenbahn überfahrenden Achse des Kraftfahrzeuges (1) zugerechnet wird, um die tatsächliche Drehmomentenverteilung der Allradkupplungsvorrichtung (2) zu ermitteln.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei als die mindestens eine Messdatenreihe des Betriebsparameters ein Reifenschlupf der ersten Achse (12) und der zweiten (22) Achse und als das mindestens eine entsprechende Kennfeld ein Kennfeld des Reifenschlupfes in Abhängigkeit einer an der ersten Achse (12) und an der zweiten Achse (22) anliegenden Längskraft verwendet wird, um die tatsächliche Drehmomentenverteilung auf die erste Achse (12) und die zweite Achse (22) über die an der ersten Achse (12) und an der zweiten Achse (22) anliegenden Längskraft zu ermitteln.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei als die mindestens eine Messdatenreihe des Betriebsparameters ein in einen Antriebsstrang (4) des Kraftfahrzeuges (1) eingespeistes Motormoment und als das mindestens eine entsprechende Kennfeld ein Kennfeld eines Wirkungsgrades des Antriebsstranges (4) verwendet wird, um die tatsächliche Drehmomentenverteilung auf die erste (12) Achse und auf die zweite Achse (22) zu ermitteln, wobei die Allradkupplungsvorrichtung (2) über den Antriebsstrang (4) angetrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei zum Ermitteln der tatsächlichen Drehmomentenverteilung die Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeuges (1) anhand einer fortlaufenden Bestimmung von Beschleunigungen des Kraftfahrzeuges (1) durch einen Beschleunigungssensor bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei zum Ermitteln der tatsächlichen Drehmomentenverteilung anhand des Reifenschlupfes der ersten Achse (12) und der zweiten Achse (22) der Reifenschlupf beider an der jeweiligen Achse (12; 22) angebrachten Räder (14, 18; 24, 28) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei zum Ermitteln der tatsächlichen Drehmomentenverteilung anhand des Reifenschlupfes Messdaten zu Drehzahlen der ersten Achse (12) und der zweiten Achse (22) und Kennfelder von dynamischen Radhalbmessern in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges (1) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei zum Ermitteln der tatsächlichen Drehmomentenverteilung anhand des in den Antriebsstrang (4) eingespeisten Motormomentes das Kennfeld des Wirkungsgrades des Antriebsstranges (4) aus einzelnen Kennfeldern der Wirkungsgrade von Bauteilen des Antriebsstranges (4) zusammengesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das in den Antriebsstrang (4) eingespeiste Motormoment aus Daten eines Feldbussystems des Kraftfahrzeuges (1) errechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1–9, wobei bei dem Verfahren zum Ermitteln der Drehmomentenverteilung der Allradkupplungsvorrichtung (2) des Kraftfahrzeuges (1) Kennfelder zu dem Betriebparameter in Abhängigkeit einer Baureihe und/oder einer Modelvariante des Kraftfahrzeuges (1) verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1–10, wobei die Ermittelungsmethode zur Ermittlung der tatsächlichen Drehmomentenverteilung der Allradkupplungsvorrichtung (2) automatisch ausgewählt wird.