DE102011003490A1

DE102011003490A1 - Verfahren zur Verteilung der Antriebskraft auf die Räder eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102011003490A1
Application number: DE102011003490A
Authority: DE
Inventors: Peter Walter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-02-02
Filing date: 2011-02-02
Publication date: 2012-08-02
Also published as: WO2012103973A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verteilung der Antriebskraft auf wenigstens zwei Räder (13–16) eines Kraftfahrzeugs (3). Die Traktion der einzelnen Räder (13–16) kann optimal ausgine Lageinformation des Fahrzeugs (3) ermittelt und die Antriebskraftverteilung auf die einzelnen Räder (13–16) des Fahrzeugs (3) in Abhängigkeit von der Lageinformation eingestellt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verteilung der Antriebskraft auf die Räder eines Kraftfahrzeugs.
Bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen mit einer angetriebenen Achse wird das Antriebsmoment üblicherweise gleichmäßig auf die beiden angetriebenen Räder verteilt. Die Aufteilung ist dabei fest vorgegeben und beträgt in der Regel 50:50.
Daneben sind aus dem Stand der Technik auch Differentialgetriebe mit einem variablen Übersetzungsverhältnis bekannt. Mit solchen Differentialgetrieben ist es beispielsweise möglich, das Antriebsmoment in Kurvenfahrten vermehrt auf die kurvenäußeren Räder zu übertragen. Die kurvenäußeren Räder werden nämlich bei einer Kurvenfahrt durch dynamische Radlastverschiebung stärker belastet als die kurveninneren Räder und können somit mehr Traktion auf die Straße übertragen.
Darüber hinaus sind Antriebssysteme bekannt, bei denen der Fahrer zwischen verschiedenen Antriebskonfigurationen wählen kann, zum Beispiel einer Konfiguration für „sportliches Fahren” mit einer ersten Antriebsmomentenverteilung, oder einer Konfiguration für „komfortables Fahren” mit einer zweiten Antriebsmomentenverteilung. Die Traktion der angetriebenen Räder lässt sich somit an unterschiedliche Fahrbedingungen oder Fahrbahneigenschaften anpassen. Die Traktion kann in bestimmten Fahrsituationen aber noch verbessert werden.
Offenbarung der Erfindung
Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. der die Traktion der angetriebenen Räder in bestimmten Fahrsituationen weiter verbessert werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die in den unabhängigen Ansprüchen genannten Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, eine Information bezüglich der Lage des Fahrzeugs – im Folgenden „Lageinformation” – zu ermitteln und die Antriebskraftverteilung in Abhängigkeit von der Lageinformation einzustellen. Dies beruht auf folgenden Überlegungen: wenn ein Fahrzeug auf einer Steigung fährt, ist die Radlastverteilung, d. h. die Radaufstandskraft der einzelnen Räder, von der Lage des Fahrzeugs im Raum abhängig. Talseitige Räder werden grundsätzlich stärker belastet als bergseitige Räder. Erstere können daher mehr Antriebsmoment auf die Fahrbahn übertragen und haben eine höhere Traktion als letztere. Gemäß der Erfindung wird daher vorgeschlagen, auf Räder mit einer höheren Radaufstandskraft prinzipiell mehr Antriebsmoment zu verteilen als auf Räder mit einer geringeren Radaufstandskraft.
Die Lage eines Fahrzeugs im Raum wird grundsätzlich durch die Ausrichtung der Fahrzeugachsen, nämlich der Längs-, Quer- und Hochachse des Fahrzeugs in einem Bezugs-Koordinatensystem, bestimmt. Sie lässt sich beispielsweise durch drei orthogonal zueinander stehende Winkel beschreiben, insbesondere durch einen Nickwinkel, d. h. einen Winkel um die Querachse des Fahrzeugs, einen Wankwinkel, d. h. einen Winkel um die Langsachse des Fahrzeugs, und einen Gierwinkel, d. h. einen Winkel um die Hochachse des Fahrzeugs.
Die Lageinformation kann erfindungsgemäß Daten enthalten, die die Lage des Fahrzeugs im Raum entweder vollständig oder auch nur teilweise beschreiben. Sie kann z. B. einen oder mehrere Winkel umfassen, so z. B. ausschließlich den Nickwinkel.
Zur Bestimmung der Lageinformation ist eine entsprechende Sensorik vorgesehen, die z. B. einen Winkel-, einen Drehraten- und/oder einen.
Beschleunigungssensor umfassen kann. Besonders einfach ist die Erfassung eines Winkels mit Hilfe eines Winkelsensors.
Die Lageinformation lässt sich alternativ auch aus einer Drehrate berechnen oder anhand einer Beschleunigung abschätzen. So ist es beispielsweise aus dem Stand der Technik bekannt, die Steigung einer Fahrbahn aus der Beschleunigung abzuschätzen, die das Fahrzeug bei einer gegebenen Motormomentenänderung hat. In diesem Fall können im Fahrzeug vorhandene Beschleunigungssensoren verwendet werden, und es muss kein zusätzlicher Winkelsensor eingebaut werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zumindest zwei Winkel des Fahrzeugs erfasst, vorzugsweise der Wank- und der Nickwinkel oder entsprechende Größen, aus denen sich die genannten Winkel herleiten lassen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird dagegen nur ein einziger Winkel, oder eine Größe, aus der sich dieser Winkel herleiten lässt, bestimmt. In diesem Fall wird vorzugsweise der Nickwinkel des Fahrzeugs bzw. die entsprechende Größe bestimmt.
Die Antriebskraftverteilung kann beispielsweise mittels eines variablen Verteilergetriebes, wie z. B. eines Differentialgetriebes, und/oder einer Kupplung eingestellt werden. Bei Fahrzeugen mit mehreren Antrieben, wie z. B. elektromotorischen Radnabenantrieben, kann die Antriebsverteilung auch durch entsprechende Ansteuerung der Elektromotoren erfolgen. Alternativ oder zusätzlich könnte die Antriebskraftverteilung auch durch Bremseingriffe an einzelnen Rädern manipuliert werden.
Die Höhe der Antriebsmomentenverteilung auf ein bestimmtes Rad wird vorzugsweise durch den Fahrbahnreibwert begrenzt. Wenn eines der Räder in Schlupf gerät, wird das entsprechende Antriebsmoment vorzugsweise reduziert. Wahlweise oder zusätzlich kann auch ein Bremseingriff an diesem Rad erfolgen. Der Radschlupf wird vorzugsweise in bekannter Weise gemessen, wie z. B. bei einem herkömmlichen ASR-System.
Die Erfindung ist sowohl bei zweispurigen als auch bei einspurigen Kraftfahrzeugen, wie z. B. Motorrädern mit zwei angetriebenen Rädern, einsetzbar.
Ein gemäß der Erfindung aufgebautes System zur Verteilung der Antriebskraft auf die Räder eines Kraftfahrzeuges umfasst ein Steuergerät mit einem Algorithmus, der die Sensorsignale einer zugehörigen Sensorik auswertet und eine Lageinformation des Fahrzeugs ermittelt. Die Verteilung der Antriebskraft wird dann wiederum in Abhängigkeit von der Lageinformation eingestellt.
Die Sensorik zur Bestimmung der Lageinformation kann beispielsweise einen Winkel-, einen Drehraten und/oder einen Beschleunigungssensor umfassen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigt:
1 Eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Verteilen der Antriebskraft auf mehrere Räder eines Kraftfahrzeugs.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 3 mit den wesentlichen Komponenten eines Systems zum lageabhängigen Verteilen der Antriebskraft auf die Räder 13 bis 16 des Kraftfahrzeugs 3. Das System umfasst ein Steuergerät 1 mit einem Algorithmus 19, der die Sensordaten einer Lagesensorik 2 auswertet und die Antriebskraftverteilung in Abhängigkeit von der daraus gewonnenen Lageinformation einstellt.
Die Einstellung der Antriebskraftverteilung erfolgt hier über adaptive Differentialgetriebe 4, 7, 8, die vom Steuergerät 1 angesteuert werden können. Die Differentialgetriebe umfassen ein Querdifferential 7 zur Verteilung des Antriebsmoments auf die Räder 15, 16 der Hinterachse 9, 10 und ein Querdifferential 8 zur Verteilung des Antriebsmoments auf die Räder 13, 14 der Vorderachse 11, 12. Das Differentialgetriebe 4 ist ein sogenanntes Längsdifferential zur Verteilung des Antriebsmoments zwischen der Vorder- und Hinterachse über die Wellen 5 und 6. Alternativ oder zusätzlich können auch die Radbremsen angesteuert werden, um die Verteilung der Antriebskraft auf die einzelnen Räder 13 bis 16 zu beeinflussen.
Die Sensorik 2 ist dazu ausgelegt, eine Lageinformation bezüglich der Lage des Fahrzeuges 3 zu ermitteln. Die Lage des Fahrzeugs lässt sich grundsätzlich durch drei orthogonal zueinander stehende Winkel beschreiben, die die Fahrzeugachsen, nämlich die Längs-, Quer- und Hochachse x, y, z des Fahrzeugs 3 in einem Bezugs-Koordinatensystem einnehmen. Das Bezugskoordinatensystem kann z. B. die Horizontalebene und eine dazu senkrechte Achse in Richtung der Erdanziehungskraft umfassen.
Die von der Sensorik ermittelte Lageinformation kann die Lage des Fahrzeuges 3 vollständig oder auch nur teilweise beschreiben. Für die Zwecke der Erfindung ist es in der Regel ausreichend, lediglich einen oder zwei Winkel zu messen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Sensorik 2 einen ersten Winkelsensor 17 zur Messung des Nickwinkels, d. h. eines Winkels um die Querachse y des Fahrzeugs 3, und einen zweiten Winkelsensor 18 zur Messung des Wankwinkels, d. h. eines Winkels um die Längsachse x des Fahrzeugs 3. Wenn die Orientierung des Fahrzeugs 3 bekannt ist, lässt sich aus diesen Daten ermitteln, welche der Räder 13 bis 16 talseitig bzw. bergseitig gelegen sind und welche Radaufstandskraft auf den einzelnen Rädern lastet.
Räder 13 bis 16 mit einer höheren Radaufstandskraft können grundsätzlich mehr Antriebsmoment auf die Fahrbahn übertragen als solche mit einer geringeren Radaufstandskraft. Der Algorithmus 19 kann somit das Antriebsmoment derart auf die einzelnen Räder 13 bis 16 verteilen, dass diejenigen Räder 13 bis 16 mit einer höheren Traktion einen relativ größeren Anteil des Gesamtmoments erhalten als solche Räder mit einer geringeren Traktion.
Neben der radlastabhängigen Antriebskraftverteilung berücksichtigt der Algorithmus vorzugsweise auch Fahrervorgaben, die z. B. vom Fahrer über ein Auswahlmenü gemacht werden können. Das Antriebssystem kann somit in Fahrsituationen, in denen sich das Fahrzeug 3 in der Ebene bewegt, z. B. auf „sportliches Fahren” oder „Komfortfahren” eingestellt werden. Bei Fahrten auf Steigungen wird dieser Grundeinstellung dann die lageabhängige Antriebsmomentenverteilung überlagert.
Wenn das Fahrzeug 3 beispielsweise eine steile Straße hinauffährt, die bzgl. ihrer Längsachse nach rechts geneigt ist, wird das rechte Hinterrad 15 am stärksten belastet, gefolgt von den Rädern 14 und 16. Die geringste Radlast trägt das linke Vorderrad 13. Der Algorithmus 19 wertet die Sensorsignale der Lagesensorik 2 aus und steuert die Differentialgetriebe 4, 7, 8 in Abhängigkeit von der daraus ermittelten Lageinformation an. In dem vorstehend beschriebenen Fall wird auf das rechte Hinterrad 15 somit ein größeres Antriebsmoment verteilt als auf das linke Vorderrad 13.
Die Höhe der Verteilung von Antriebsmoment auf ein bestimmtes Rad 13 bis 16 wird vorzugsweise durch den Fahrbahnreibwert begrenzt. Wenn eines der Räder in Schlupf gerät, wird das entsprechende Antriebsmoment vorzugsweise reduziert. Wahlweise oder zusätzlich kann auch ein Bremseingriff an diesem Rad erfolgen.

Claims

Verfahren zur Verteilung der Antriebskraft auf wenigstens zwei Räder (13–16) eines Kraftfahrzeugs (3), dadurch gekennzeichnet, dass eine Lageinformation eines Kraftfahrzeugs (3) mit Hilfe einer Sensorik (2) erfasst und die Verteilung der Antriebskraft auf die einzelnen Räder (13–16) in Abhängigkeit von der Lageinformation eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageinformation mittels einer Sensorik (2) erfasst wird, die einen Winkel-, Drehraten- und/oder Beschleunigungssensor umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageinformation einen einzigen Winkel, insbesondere den Nickwinkel und/oder wenigstens eine davon abhängige Größe umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageinformation genau zwei Winkel, insbesondere den Nick- und Wankwinkel, und/oder wenigstens eine davon abhängige Größe umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriiebskraftverteilung des Kraftfahrzeugs (3) über wenigstens ein Verteilergetriebe (4, 7, 8) und/oder eine Kupplung eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilergetriebe ein Längsdifferential- (4) und/oder ein Querdifferentialgetriebe (7, 8) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines Fahrzeugs (3), bei dem mindestens zwei Räder (13–16) von unterschiedlichen Motoren angetrieben werden, die Antriebskraftverteilung, über das Motormoment der Motoren eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskraftverteilung durch Ausübung von Bremseingriffen an wenigstens einem Rad (13–16) eingestellt wird.
Steuergerät (1), umfassend Mittel zum Durchführen eines der vorstehend beanspruchten Verfahren.