DE102011108936B4

DE102011108936B4 - System und Verfahren zum Schutz einer Antriebswelle

Info

Publication number: DE102011108936B4
Application number: DE102011108936.9A
Authority: DE
Inventors: Joongwook LEE
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2031-07-30
Also published as: CN102486128A; JP2012117508A; US8886421B2; KR101234645B1; KR20120060057A; US20120143455A1; DE102011108936A1; CN102486128B

Abstract

System zum Schutz einer Antriebswelle, umfassend:einen Fahrzeugzustandsdetektor (10), der Fahrzeuginformationen einschließlich aktuell gewählter Gangschaltstellung, aktuellem Lenkwinkel, Fahrzeuggeschwindigkeit und Motordrehzahl feststellt;einen Traktionssteuerungsteilbereich (20), der die vom Fahrzeugzustandsdetektor (10) gelieferten Fahrzeuginformationen analysiert und eine Reduzierung des Abtriebsdrehmoments eines Motors anfordert, wenn eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist; undeinen Motorsteuerungsteilbereich (30), der das Abtriebsdrehmoment des Motors entsprechend der von dem Traktionssteuerungsteilbereich (20) angeforderten Drehmomentreduzierung derart reduziert, dass das an die Antriebswelle angelegte Drehmoment kleiner als ein Grenzdrehmoment ist,wobei die Reduzierung des Abtriebsdrehmoments des Motors durch Hemmen von Zündungszeitpunkten oder Reduzieren der Brennstoffeinspritzung erfolgt,wobei die vorgegebene Bedingung erfüllt ist, wenn die aktuell gewählte Gangschaltstellung ein Rückwärtsgang ist, der aktuelle Lenkwinkel ein Vollausschlagswinkel ist und eine Abreißbedingung erfüllt ist, undwobei die Abreißbedingung erfüllt ist, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit langsamer ist als eine vorgegebene Geschwindigkeit und die Motordrehzahl höher ist als eine vorgegebene Drehzahl.

Description

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein System und ein Verfahren zum Schutz einer Antriebswelle. Insbesondere richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein System und ein Verfahren zum Schutz einer Antriebswelle, welche das Abtriebsdrehmoment eines Motors in einem Zustand mit Rückwärtsfahren und Lenkungsvollausschlag und in einem Zustand in welchem eine Abreißbedingung der Kraftübertragung erfüllt ist, reduzieren, so dass ein Grenzdrehmoment nicht an die Antriebswelle angelegt wird.
Allgemein gilt, wenn ein hohes Drehmoment eines Motors ausgegeben wird in einem Zustand, in dem Bremskraft generiert wird, ausgegeben wird, wird ein sekundäres Moment des Antriebsmoments durch die Bremskraft und einen Winkel einer Antriebswelle (ein Winkel zwischen der Antriebswelle und einer ebenen Oberfläche) generiert. Eine Reaktionskraft wird an Fahrwerkskomponenten aufgrund des sekundären Moments des Antriebsmoments angelegt, und diese Reaktionskraft erhöht Verformungen durch elastische Effekte und erhöht folglich den Winkel der Antriebswelle.
Insbesondere in einem Zustand, in dem ein Bremspedal und ein Gaspedal simultan gedrückt werden, wie bei generieren der Bremskraft und der hohen Motorleistung in einem Zustand des vollen Lenkungseinschlags und des Rückwärtsfahrens, wird das Grenzdrehmoment an die Antriebswelle angelegt und Lärm generiert. In Extremfällen kann das Chassis deformiert werden und die Antriebswelle und eine Fügestelle können beschädigt werden. Hierbei meint das Grenzdrehmoment ein Drehmoment, welches die Antriebswelle plastisch verformen kann.
Ein üblicher Winkel der Antriebswelle ist zum Beispiel auf 46,5° eingestellt, allerdings ist der Winkel der Antriebswelle aufgrund der Achsgeometrie oft größer als 46,5°. Daher kann die Antriebswelle im Fall eines Abreißens der Kraftübertragung beschädigt werden.
Die Größe der Fügestelle kann erhöht werden, um die Festigkeit bei großen Winkeln der Antriebswelle zu erhalten, und ein Stopper kann in der Nähe eines Achsschenkelgelenks oder eines Absenkarms installiert werden, um die Achsgeometrie nicht ändern zu müssen.
Diese Methoden erhöhen allerdings Kosten und Gewicht.
Die DE 10 2007 044 452 A1 und DE 10 2009 022 303 A1 offenbaren jeweils ein Verfahren zum Schutz einer Antriebswelle, bei dem Fahrzeuginformationen einschließlich aktuell gewählter Gangschaltstellung, aktuellem Lenkwinkel, Fahrzeuggeschwindigkeit und Motordrehzahl festgestellt und analysiert werden, eine Reduzierung des Abtriebsdrehmoments eines Motors angefordert wird, wenn eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, und das Abtriebsdrehmoment des Motors entsprechend der angeforderten Drehmomentreduzierung derart reduziert wird, dass das an die Antriebswelle angelegte Drehmoment kleiner als ein Grenzdrehmoment ist.
Die vorstehend offenbarten Informationen sind nur für ein besseres Verständnis des Hintergrundes der Erfindung gedacht und sollen nicht als Anerkennung oder eine Form der Anregung verstanden sein, dass diese Informationen den Stand der Technik darstellen, der dem Fachmann bekannt ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zum Schutz einer Antriebswelle bereitzustellen, das Vorteile beim Schutz der Antriebswelle durch Reduzieren des Abtriebsdrehmoments eines Motors aufweist, falls ein aktueller Fahrzustand die Antriebswelle beschädigen könnte.
Dies wird gemäß der Erfindung durch ein System und ein Verfahren zum Schutz einer Antriebswelle nach den Merkmalen aus dem Anspruch 1 bzw. 2 erreicht.
Die Maßnahmen und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung weisen weitere Merkmale und Vorteile auf, die nachstehend im Detail durch die beigefügten Zeichnungen, die hiermit mit einbezogen sind, und durch die nachstehende detaillierte Beschreibung der Erfindung ersichtlich werden und durch sie dargelegt werden, die zusammen dazu dienen, bestimmte Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu erläutern.

1 ist ein Blockdiagramm eines Systems zum Schutz einer Antriebswelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Fließdiagramm eines Verfahrens zum Schutz einer Antriebswelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die angefügten Figuren sollen derart verstanden werden, dass diese nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener Merkmale zur Veranschaulichung der Grundprinzipien der Erfindung präsentieren. Die speziellen konstruktiven Merkmale der vorliegenden Erfindung wie hier offenbart, umfassend zum Beispiel spezielle Größenordnungen, Orientierungen, Anordnungen und Formen, werden teilweise an Hand der speziell beabsichtigten Anwendungs- und Gebrauchsumgebung festgestellt.
In den Figuren beziehen sich die Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren und Zeichnungen auf dieselben oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung.
Es wird nun detailliert Bezug auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung(en) genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind und nachstehend beschrieben werden. Obgleich die Erfindung(en) in Verbindung mit exemplarischen Ausführungsformen beschrieben wird/werden, ist diese so zu verstehen, dass die vorliegende Beschreibung nicht beabsichtigt, die Erfindung(en) auf diese exemplarischen Ausführungsformen zu beschränken. Die Erfindung(en) beabsichtigt/beabsichtigen vielmehr, nicht nur die exemplarischen Ausführungsformen zu erfassen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und weitere Ausführungsformen, die im Umfang der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen beansprucht, enthalten sind.
Nachstehend werden mit Bezug zu den Figuren beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben.
1 ist ein Blockdiagramm eines Systems zum Schutz einer Antriebswelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 dargestellt, umfasst ein System zum Schutz einer Antriebswelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Fahrzeugzustandsdetektor 10, einen Traktionssteuerungsteilbereich 20 und einen Motorsteuerungsteilbereich 30.
Der Fahrzeugzustandsdetektor 10 detektiert Gangschaltstellungsinformationen, welche eine Position des Schaltknaufs, eine durch ein Lenkrad gesteuerte Lenkwinkelinformation, eine Fahrzeuggeschwindigkeitsinformation, eine Motordrehzahlinformation, sind, und liefert diese Informationen an den Traktionssteuerungsteilbereich 20.
Das bedeutet, dass der Fahrzeugzustandsdetektor 10 einen Gangschaltstellungsdetektor 11, der die mittels Schaltknauf gewählte Gangschaltstellung detektiert, einen Lenkwinkeldetektor 12, der den mittels Lenkrad gesteuerten Lenkwinkel, einen Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor 13, der die Fahrzeuggeschwindigkeit aus der Umdrehungsgeschwindigkeit einer Abtriebswelle eines Getriebes oder der Umdrehungsgeschwindigkeit eines Reifens detektiert, und einen Drehzahldetektor 14 umfasst, der einen Kurbelwinkelsensor oder einen Nockenwinkelsensor aufweist und die Motordrehzahl detektiert.
Der Traktionssteuerungsteilbereich 20 analysiert die von dem Fahrzeugzustandsdetektor 10 gelieferten Informationen und fordert eine Drehmomentreduzierung von dem Motorsteuerungsteilbereich 30 an für den Fall, dass eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist. Die vorgegebene Bedingung kann erfüllt sein, wenn die gewählte Gangschaltstellung ein Rückwärtsgang ist, der Lenkwinkel ein Vollausschlagwinkel ist und eine Abreißbedingung einer Kraftübertragung erfüllt ist.
Folglich wird das an die Antriebswelle angelegte Drehmoment durch eine Drehmomentreduzierungssteuerung des Motorsteuerungsteilbereichs 30 reduziert und die Antriebswelle wird stabil geschützt.
Das Abreißen der Kraftübertragung kann ein Fall sein, dass das Drehmoment des Motors eine Eingangsgröße für einen Drehmomentwandler darstellt, die Rotationsgeschwindigkeit einer Turbine aber Null ist oder diesem entsprechende Fälle.
Die Abreißbedingung der Kraftübertragung kann durch eine Funktion von Motorvariablen und Kraftübertragungsvariablen repräsentiert werden, die das Abreißen genieren können.
Zum Beispiel kann die Abreißbedingung der Kraftübertragung als eine Funktion von Variablen definiert werden, wie der Motordrehzahl, der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Leistungsentfaltungsverhältnis eines Drehmomentwandlers, der Umdrehungszahl des Drehmomentwandlers, dem Verhältnis des Drehmoments des Motors und der Kraftübertragung, dem Verhältnis der Geschwindigkeit des Motors und der Kraftübertragung, und so weiter.
Die Abreißbedingung der Kraftübertragung kann erfüllt sein, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit langsamer als eine vorgegebene Geschwindigkeit ist, zum Beispiel 2 km/h bei Betätigung des Bremspedals, und die Motordrehzahl höher als eine vorgegebene Motordrehzahl ist, zum Beispiel 2000 U/min bei Betätigung des Gaspedals.
Der Motorsteuerungsteilbereich 30 reduziert das Abtriebsdrehmoment des Motors um einen vorgegebenen Wert entsprechend der Drehmomentreduzierungsanforderung des über ein Leistungsnetz verbundenen Traktionssteuerungsteilbereichs 20 und verhindert, dass das Grenzdrehmoment an die Antriebswelle angelegt wird. Die Reduzierung des Abtriebsdrehmoments des Motors kann durch Hemmen von Zündungszeitpunkten oder Reduzieren der Brennstoffeinspritzung erfolgen.
In dieser Ausführungsform ist beispielhaft beschrieben, dass der Traktionssteuerungsteilbereich 20 und der Motorsteuerungsteilbereich 30 separat bereitgestellt werden, aber der Traktionssteuerungsteilbereich 20 und der Motorsteuerungsteilbereich 30 sind nicht darauf beschränkt. Das bedeutet, dass der Traktionssteuerungsteilbereich 20 und der Motorsteuerungsteilbereich 30 zu einem Steuerungsteilbereich kombiniert werden können.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Schutz einer Antriebswelle entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben.
In einem Zustand, wenn das Fahrzeug, auf welches eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird, in einem Schritt S101 läuft, detektiert der Gangschaltstellungsdetektor 11 die mittels des Schaltknaufs ausgewählte Gangschaltstellung in einem Schritt S102. Anschließend stellt der Traktionssteuerungsteilbereich 20 in einem Schritt S103 fest, ob die aktuell ausgewählte Gangschaltstellung ein Rückwärtsgang ist.
Falls die aktuell ausgewählte Gangschaltstellung in Schritt S103 nicht der Rückwärtsgang ist, beauftragt der Traktionssteuerungsteilbereich 20 den Motorsteuerungsteilbereich 30 den Motor in einem Schritt S111 normal zu steuern. Entsprechend steuert der Motorsteuerungsteilbereich 30 den Motor im Schritt S111 zur Ausgabe des der aktuellen Fahrbedingung entsprechenden Drehmoments.
In dieser Spezifikation benutzt die normale Steuerung des Motors keine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und steuert den Motor zur Ausgabe des Drehmoments entsprechend den aktuellen Fahrbedingungen.
Falls die aktuell ausgewählte Gangschaltstellung im Schritt S103 der Rückwärtsgang ist, detektiert der Lenkwinkeldetektor 12, welcher üblicherweise an einer Lenksäule installiert ist, in einem Schritt S104 den aktuellen Lenkwinkel, und der Traktionssteuerungsteilbereich 20 stellt in einem Schritt S105 fest, ob der aktuelle Lenkwinkel der Vollausschlagswinkel des Lenkrades ist.
Der Vollausschlagswinkel des Lenkrades kann ein Winkel größer oder gleich 37° sein und kann von den Konstrukteuren entsprechend der geforderten Leistung eingestellt werden.
Wenn der aktuelle Lenkwinkel im Schritt S105 nicht der Vollausschlagswinkel des Lenkrades ist, beauftragt der Traktionssteuerungsteilbereich 20 den Motorsteuerungsteilbereich 30 den Motor normal zu steuern, und der Motorsteuerungsteilbereich 30 steuert den Motor im Schritt S111 zur Ausgabe des der aktuellen Fahrbedingung entsprechenden Drehmoments.
Wenn der aktuelle Lenkwinkel in Schritt S105 hingegen der Vollausschlagswinkel des Lenkrades ist, werden die Fahrzeugzustandsinformationen umfassend die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Motordrehzahl, die Position des Gaspedals und ob das Bremspedal betätigt wird, in einem Schritt S106 detektiert.
Anschließend analysiert der Traktionssteuerungsteilbereich 20 die Fahrzeugzustandsinformationen und stellt in einem Schritt S107 fest, ob die Abreißbedingung der Kraftübertragung erfüllt ist.
Die Abreißbedingung der Kraftübertragung kann erfüllt sein, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit langsamer ist als eine vorgegebene Geschwindigkeit, zum Beispiel 2 km/h bei Betätigung des Bremspedals, und die Motordrehzahl höher ist als eine vorgegebene Drehzahl, zum Beispiel 2000 U/min bei Betätigung eines Gaspedals.
Die Fahrzeuggeschwindigkeit (d.h. 2 km/h) und die Motordrehzahl (d.h. 2000 U/min) können von den Konstrukteuren entsprechend der notwendigen Leistung eingestellt werden.
Falls die Abreißbedingung der Kraftübertragung in Schritt S107 nicht erfüllt ist, beauftragt der Traktionssteuerungsteilbereich 20 den Motorsteuerungsteilbereich 30 den Motor normal zu steuern, und der Motorsteuerungsteilbereich 30 steuert den Motor im S111 zur Ausgabe des der aktuellen Fahrbedingung entsprechenden Drehmoments.
Wenn die Abreißbedingung der Kraftübertragung in Schritt S107 erfüllt ist, stellt der Traktionssteuerungsteilbereich 20 in einem Schritt S108 fest, dass das Grenzdrehmoment an die Antriebswelle angelegt ist.
Deshalb beauftragt der Traktionssteuerungsteilbereich 20 den Motorsteuerungsteilbereich 30 in einem Schritt S109 das Abtriebsdrehmoment zu reduzieren, um zu verhindern, dass das Grenzdrehmoment an die Antriebswelle angelegt wird.
Der Motorsteuerungsteilbereich 30 reduziert das Abtriebsdrehmoment des Motors in einem Schritt S110 um einen vorgegebenen Wert entsprechend der Drehmomentreduzierungsanforderung und steuert das an die Antriebswelle angelegte Drehmoment, so dass dieses niedriger ist als das Grenzdrehmoment. Folglich kann die Beschädigung der Antriebswelle verhindert werden.
In dieser Ausführungsform hat der Traktionssteuerungsteilbereich 20 eine Funktion zum Schutz der Antriebswelle, ist darauf aber nicht limitiert. Das bedeutet, ein Steuergerät einer motorbetriebenen Servolenkung (MDPS: Motor Driven Power Steering) oder ein Steuergerät eines elektronischen Stabilitätsprogramms (ESC: Electronic Stability Control) können die Funktion zum Schutz der Antriebswelle entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweisen. Daher sind diese Spezifikation und Anspruchssatz derart zu verstehen, dass der Traktionssteuerungsteilbereich 20 die Steuerungsgeräte der motorbetriebenen Servolenkung oder des elektronischen Stabilitätsprogramms umfasst.
Gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Haltbarkeit einer Antriebswelle durch Reduzierung des Abtriebsdrehmoments eines Motors ohne Veränderung von Layout oder Charakteristiken des Fahrzeugs verbessert werden. Dadurch können Kosten verringert werden.
Zusätzlich können Beschleunigungs- und Turbocharakteristiken des Fahrzeuges beibehalten werden, da statische und dynamische Eigenschaften des Fahrzeugs nicht geändert werden und eine Struktur eines Antriebsstrangs nicht geändert wird. Somit können Marktfähigkeit und Stabilität des Fahrzeugs verbessert werden.
Die vorstehenden Beschreibungen beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind aus Zwecken der Erläuterung und Beschreibung aufgeführt worden. Sie beabsichtigen nicht, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf die offenbarten konkreten Formen zu beschränken, so dass viele Modifikationen und Variationen im Lichte der vorstehenden technischen Lehre möglich sind. Die exemplarischen Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu beschreiben, um dadurch anderen Fachleuten zu ermöglichen, verschiedene exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung herzustellen und zu verwenden. Der Geltungsbereich der Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nummer 10-2010-0121622 , die am 01. Dezember 2010 angemeldet wurde, wobei der gesamte Offenbarungsgehalt davon durch Bezug darauf in die vorliegende Offenbarung mit einbezogen wird.

Claims

System zum Schutz einer Antriebswelle, umfassend: einen Fahrzeugzustandsdetektor (10), der Fahrzeuginformationen einschließlich aktuell gewählter Gangschaltstellung, aktuellem Lenkwinkel, Fahrzeuggeschwindigkeit und Motordrehzahl feststellt; einen Traktionssteuerungsteilbereich (20), der die vom Fahrzeugzustandsdetektor (10) gelieferten Fahrzeuginformationen analysiert und eine Reduzierung des Abtriebsdrehmoments eines Motors anfordert, wenn eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist; und einen Motorsteuerungsteilbereich (30), der das Abtriebsdrehmoment des Motors entsprechend der von dem Traktionssteuerungsteilbereich (20) angeforderten Drehmomentreduzierung derart reduziert, dass das an die Antriebswelle angelegte Drehmoment kleiner als ein Grenzdrehmoment ist, wobei die Reduzierung des Abtriebsdrehmoments des Motors durch Hemmen von Zündungszeitpunkten oder Reduzieren der Brennstoffeinspritzung erfolgt, wobei die vorgegebene Bedingung erfüllt ist, wenn die aktuell gewählte Gangschaltstellung ein Rückwärtsgang ist, der aktuelle Lenkwinkel ein Vollausschlagswinkel ist und eine Abreißbedingung erfüllt ist, und wobei die Abreißbedingung erfüllt ist, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit langsamer ist als eine vorgegebene Geschwindigkeit und die Motordrehzahl höher ist als eine vorgegebene Drehzahl.
Verfahren zum Schutz einer Antriebswelle, umfassend: Feststellen, ob eine aktuell gewählte Gangschaltstellung ein Rückwärtsgang ist (S103); Feststellen, wenn die aktuell gewählte Gangschaltstellung der Rückwärtsgang ist, ob ein aktueller Lenkwinkel ein Vollausschlagswinkel ist (S105); Feststellen, wenn der aktuelle Lenkwinkel der Vollausschlagswinkel ist, ob eine Abreißbedingung erfüllt ist (S107); und Steuern eines an die Antriebswelle angelegten Drehmoments, so dass dieses kleiner ist als ein Grenzdrehmoment durch Reduzierung des Abtriebsdrehmoments eines Motors (S110), wenn die aktuell gewählte Gangschaltstellung der Rückwärtsgang ist, der aktuelle Lenkwinkel der Vollausschlagswinkel ist und die Abreißbedingung erfüllt ist, wobei die Abreißbedingung erfüllt ist, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit langsamer ist als eine vorgegebene Geschwindigkeit und die Motordrehzahl höher ist als eine vorgegebene Drehzahl, und wobei die Reduzierung des Abtriebsdrehmoments des Motors durch Hemmen von Zündungszeitpunkten oder Reduzieren der Brennstoffeinspritzung erfolgt.