DE102011005095A1 - Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit vier Rädern - Google Patents

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Abstract

Bei der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit vier Rädern und mit einer Steuereinheit, mittels der das Antriebsmoment einer Antriebseinheit bedarfsweise über mindestens eine Übertragungskupplung auf mindestens ein Rad variabel verteilbar ist, wird bei Vorliegen eines Segelbetriebs die regelbare Übertragungskupplung zumindest teilweise bis zu einem Mindestsperrgrad geöffnet, der abhängig von vorgegebenen jeweils aktuellen fahrdynamischen Anforderungen ermittelt wird und auch Null sein kann.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit vier Rädern und mit einer Steuereinheit, mittels der das Antriebsmoment einer Antriebseinheit bedarfsweise über mindestens eine Übertragungskupplung auf mindestens ein Rad variabel verteilbar ist, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Eine derartige Steuervorrichtung ist beispielsweise in der DE 100 54 023 A1 beschrieben. Bekannt ist demnach eine Drehmomentverteilungseinrichtung zum Verändern des Drehmomentverteilungsverhältnisses zwischen den Rädern der Vorderachse und den Rädern der Hinterachse durch entsprechende Steuerung einer Übertragungskupplung im Sinne einer Längssperre beispielsweise in Form einer Reibungskupplung. Durch die Festlegung eines Drehmomentverteilungsverhältnisses kann das Fahrverhalten eines Fahrzeuges erheblich beeinflusst werden. Der Gegenstand der DE 100 54 023 A1 beschäftigt sich dabei insbesondere mit der Fahrdynamik bei Kurvenfahrt. Hierbei kann ein zeitweise vierradgetriebenes Kraftfahrzeug ein grundsätzlich vorderradangetriebenes Kraftfahrzeug mit über eine Übertragungskupplung zuschaltbarem Hinterradantrieb, ein grundsätzlich hinterradangetriebenes Kraftfahrzeug mit über eine Übertragungskupplung zuschaltbarem Vorderradantrieb oder ein Permanent-Allradfahrzeug mit regelbarer Übertragungskupplung zur Änderung der Drehmomentverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse sein.
  • Üblicherweise werden diesbezüglich verallgemeinernd auch als primäre Antriebsräder die permanent mit der Antriebseinheit verbundenen Räder und als sekundäre Antriebsräder die über die Übertragungskupplung bedarfsweise mit der Antriebseinheit verbindbaren Räder bezeichnet.
  • Bekannt sind aber auch Steuervorrichtungen eingangs genannter Art, bei denen über Übertragungskupplungen im Sinne von Quersperren – alternativ oder zusätzlich zu einer Übertragungskupplung im Sinne einer Längssperre – einzelne Räder einer Achse bedarfsweise variabel mit Drehmoment einer Antriebseinheit beaufschlagbar sind.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Steuersystem eingangs genannter Art im Hinblick auf eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.
  • Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde:
    Grundsätzlich ist im Zusammenhang mit der Antriebseinheit von Kraftfahrzeugen bestehend aus Antriebsmotor(en) und Getriebe bei definierten Bedingungen ein sogenannter Segelbetrieb bekannt. Unter dem Begriff Segelbetrieb wird insbesondere ein freies Rollen durch Unterbrechung des Kraftschlusses zwischen Antriebsmotor und Getriebe verstanden. Bedingungen zum Aktivieren des Segelbetriebs sind beispielsweise das Loslassen des Fahrpedals bei Geradeausfahrt. Der Segelbetrieb kann aus fahrdynamischen Gründen beispielsweise bei Kurvenfahrt oder zu starkem Gefälle verhindert werden. Auch bei gewünschten Rekuperationsvorgängen kann der Segelbetrieb verhindert werden. Bedingungen zum Ein- und Ausschalten eines Segelbetriebs sind bereits bekannt. Hierzu wird beispielsweise auf die nicht vorveröffentlichte DE 10 2010 031 382 der Anmelderin verwiesen.
  • Bei elektronisch gesteuerten Kraftfahrzeugen, insbesondere Allradfahrzeugen, stehen grundsätzlich fahrdynamische (und damit auch fahrsicherheitsbeeinflussende) Anforderungen wie Längs- und Querführungsstabilität im Vordergrund, wobei hierbei die Übertragungskupplung zwischen den primären und den sekundären Antriebsrädern oder bei nicht-Allradfahrzeugen die Übertragungskupplung von Quersperren üblicherweise zumindest teilweise geschlossen ist.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass dabei beispielsweise durch Reibungsverluste (z. B. infolge von Momentenverspannungen) und Trägheitsverluste im Antriebsstrang wiederum Potenzial zur Kraftstoffeinsparung verloren geht. Daher wird erfindungsgemäß abhängig von vorgegebenen jeweils aktuellen fahrdynamischen Anforderungen jeweils ein Mindestsperrgrad für die Übertragungskupplung(en) ermittelt, der auch Null sein kann und der bei Vorliegen eines Segelbetriebs – vorzugsweise erst nach dem Öffnen der Kupplung zwischen Antriebsmotor und Getriebe oder nach dem Öffnen einer Kupplung im Getriebe – vorgegeben wird.
  • Vorgegebene jeweils aktuelle fahrdynamische Anforderungen werden beispielsweise durch Schwellwertüberwachungen bezüglich folgender Parameter definiert: Querbeschleunigung und/oder Gierrate und/oder Fahrzeug-Geschwindigkeit und/oder Neigungswinkel (Steigung, Gefälle) und/oder Fahrbahnzustand (Glätte, Nässe, Fahrbahn mit lockerem Untergrund, trockene Fahrbahn). Durch die Verbindung mit einem Navigationssystem können dabei auch vorausschauende Betrachtungen vorgenommen werden.
  • Vorzugsweise werden bei Vorliegen verhältnismäßig niedriger fahrdynamischer Anforderungen nicht nur der Mindestsperrgrad der Übertragungskupplung(en) eingestellt, sondern auch energieverbrauchende Komponenten weiterer Fahrdynamik-Regelsysteme – wie Aktuatoren aktiver Lenkeingriffssysteme und/oder aktiver Wankstabilitätssysteme und/oder aktiver Vertikalregelsystemen (z. B. aktive Feder-/Dämpfersysteme) und/oder aktiver Stabilitäts-/Traktions-/Bremsregelsysteme – temporär deaktiviert. Verhältnismäßig niedrige fahrdynamische Anforderungen liegen beispielsweise bei längerer Geradeausfahrt (Querbeschleunigung und/oder Drehrate zumindest nahezu Null) und/oder bei mäßiger Fahrzeug-Geschwindigkeit (beispielsweise bis zu 100 km/h) und/oder bei nahezu keinem Gefälle (Neigungswinkel zumindest nahezu Null) und/oder bei trockener Fahrbahn vor.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann bei vorgegebenen Sonderbedingungen eine Übertragungskupplung vollständig geöffnet werden, aber dafür ein im Sinne eines sensitiveren Ansprechverhaltens empfindlicherer und daraus gegebenenfalls resultierend verstärkter Eingriff eines anderen Fahrdynamik-Regelsystems (wie beispielsweise aktiver Stabilitäts-/Traktions-/Bremsregelsysteme) vorgenommen werden, um bei optimalem Kraftstoffverbrauch die Fahrsicherheit in Extremsituationen zu gewährleisten.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Sie zeigt schematisch ein zeitweise vierradgetriebenes Fahrzeug mit einer über eine erfindungsgemäße Steuereinheit einstellbaren Übertragungskupplung – hier im Sinne einer Längssperre – am Beispiel eines grundsätzlich hinterradangetriebenen Kraftfahrzeugs mit über eine Übertragungskupplung zuschaltbarem Vorderradantrieb.
  • In der einzigen Figur ist ein zeitweise vierradgetriebenes Fahrzeug in Form eines grundsätzlich hinterradangetriebenen Kraftfahrzeugs mit bedarfsweise über eine Übertragungskupplung 1 zuschaltbarem Vorderradantrieb dargestellt. Die Übertragungskupplung 1 ist über eine elektronische Steuereinheit 8 einstellbar. Die Steuereinheit 8 kann ein ausgelagertes, z. B. direkt an der Übertragungskupplung 1 angebrachtes Zusatzsteuergerät 9 enthalten, das beispielsweise das vorgegebene Soll-Kupplungsmoment MKsoll in elektrischen Strom zur Ansteuerung der Verstelleinheit (hier nicht dargestellt) der Übertragungskupplung 1 umsetzt.
  • Bei einem Fahrzeug gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird mit offener Übertragungskupplung 1 das gesamte Drehmoment (Antriebsmoment) der Antriebseinheit 10 auf die Räder 6 und 7 der Hinterachse 3 übertragen. Vorzugsweise besteht die Antriebseinheit 10 aus einem Antriebsmotor 11 (beispielsweise einer Brennkraftmaschine und/oder einem Elektromotor), einem Getriebe 12, einer Kupplung 13 und mindestens einem Antriebssteuergerät – hier Motorsteuergerät 14 und Getriebesteuergerät 15. Die Antriebssteuergeräte 14 und 15 kommunizieren beispielsweise über den bekannten Kraftfahrzeug-Datenbus CAN oder FlexRay mit der Steuereinheit 8 und gegebenenfalls weiteren Steuergeräten, wie z. B. das Steuergerät 17 der aktiven Lenkungsregelung oder Wankstabilisierung.
  • In der Zeichnung sind die Hinterräder 6 und 7 die primären Antriebsräder, da sie permanent mit der Antriebseinheit 9 verbunden sind. Mit zunehmendem Kupplungsmoment an der Übertragungskupplung 1 treibt die Antriebseinheit 10 auch die Räder 4 und 5 der Vorderachse 2 an. Somit sind die Vorderräder 4 und 5 die sekundären Antriebsräder.
  • Die Steuereinheit 8 erfasst zu weiteren Eingangssignalen hinzu insbesondere ein Eingangssignal zur Erfassung des Segelbetriebs, beispielsweise ein (hier nicht dargestelltes) Segelbetrieb-Status-Bit oder die Stellung eines Fahrpedals, z. B. den Betätigungswinkel FP des sog. Gaspedals oder auch die von einem Motorsteuergerät übertragene, wirksame Antriebsstrangverstärkung. Weiterhin erfasst oder ermittelt die Steuereinheit 8 beispielsweise die Motordrehzahl nMot, das Motormoment (= Brennkraftmaschinen-Drehmoment und/oder das Moment einer anderen/weiteren Antriebseinheit) oder das Antriebsmoment (= getriebeausgangsseitiges Kardanwellendrehmoment), den Lenkwinkel LW, die Gierrate bzw. Gierwinkelgeschwindigkeit r sowie die Raddrehzahlen nVL, nHL, nVR, nHR aller Räder 4, 5, 6, 7. Aus diesen Raddrehzahlen nVL, nHL, nVR, nHR werden im Zusammenhang mit weiteren in der Steuereinheit 8 vorliegenden Informationen, die Radgeschwindigkeiten vVL, vHL; vVR, vHR aller Räder 4, 5, 6, 7 sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit v ermittelt.
  • Zur Verteilung des Antriebsmoments der Antriebseinheit 10 wird ein einzustellendes Soll-Kupplungsmoment MKsoll für die zwischen der Antriebseinheit 10 bzw. den primären Antriebsrädern 6 und 7 und den sekundären Antriebsrädern 4 und 5 angeordneten Übertragungskupplung 1 vorgegeben. Vorzugsweise gibt die Steuereinheit 8 das Soll-Kupplungsmoment MKsoll an das Zusatzsteuergerät 9 aus. Das Zusatzsteuergerät 9 setzt das Soll-Kupplungsmoment MKsoll in einen Strom zur Ansteuerung der hier nicht eigens dargestellten Aktuatorvorrichtung um.
  • In der Steuereinheit 8 wird üblicherweise unter Berücksichtigung von Radschlupf und fahrdynamischen Größen, wie Übersteuern und Untersteuern das Soll-Kupplungsmoment MKsoll ermittelt.
  • Erfindungsgemäß wird mittels der Reglereinheit 16, beispielsweise in Form eines Software-Moduls, festgestellt, ob ein Segelbetrieb vorliegt. Wenn Segelbetrieb vorliegt wird – vorzugsweise nach dem Öffnen der Kupplung 13 zwischen Getriebe 12 und Antriebsmotor 11 oder nach dem Öffnen einer Kupplung im Getriebe 12 selbst – auch die Übertragungskupplung zumindest bis zu einem Mindestsperrgrad MKsoll = MKmin geöffnet. Wird die Übertragungskupplung 1 vollständig geöffnet, können Sonderbedingungen, die hohen fahrdynamischen Anforderungen oder sogar kritische Situationen entsprechen, bei Bedarf zu einem verstärkten bzw. empfindlicheren kompensierenden Eingriff eines anderen Fahrdynamik-Regelsystems – insbesondere eines aktiven Bremsregelsystems – führen. Die Steuerung des aktiven Bremsregelsystems kann ebenfalls in der Steuereinheit 8 integriert sein.
  • 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 10054023 A1 [0002, 0002]
    • DE 102010031382 [0007]

Claims (3)

  1. Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit vier Rädern (4, 5, 6, 7) und mit einer Steuereinheit (8; 8, 9), mittels der das Antriebsmoment einer Antriebseinheit (10) bedarfsweise über mindestens eine Übertragungskupplung (1) auf mindestens ein Rad (6, 7) variabel verteilbar ist, indem die Steuereinheit (8; 9) ein Soll-Kupplungsmoment (MKsoll) ermittelt, das mittels einer Aktuatorvorrichtung an der mindestens einen Übertragungskupplung (1) einzustellen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8; 8, 9) zumindest ein Eingangssignal (FP, LW) zur Erfassung eines Segelbetriebs erhält und derart ausgestaltet ist, dass bei Vorliegen des Segelbetriebs die Übertragungskupplung (1) zumindest teilweise bis zu einem Mindestsperrgrad (MKsoll = MKmin) geöffnet wird, der abhängig von vorgegebenen jeweils aktuellen fahrdynamischen Anforderungen ermittelt wird
  2. Steuervorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen verhältnismäßig niedriger fahrdynamischer Anforderungen nicht nur der Mindestsperrgrad (MKsoll = MKmin) der Übertragungskupplung (1) eingestellt, sondern auch energieverbrauchende Komponenten weiterer Fahrdynamik-Regelsysteme deaktiviert werden.
  3. Steuervorrichtung nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei vorgegebenen Sonderbedingungen die mindestens eine Übertragungskupplung (1) vollständig geöffnet wird und gleichzeitig bei Bedarf ein verstärkter oder empfindlicherer Eingriff eines anderen Fahrdynamik-Regelsystems vorgenommen wird.
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