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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Fahrzeuge und insbesondere auf Verfahren und Systeme zum elektronischen Steuern von Drehmoment – einschließlich sowohl eines positiven Drehmoments (Beschleunigen) als auch eines negativen Drehmoments (Bremsen) – an einem oder mehreren Rädern eines Fahrzeugs.
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HINTERGRUND
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In einem herkömmlichen Fahrzeug bestimmt die Betätigung des Fahr- und des Bremspedals im Allgemeinen die Beschleunigung bzw. Verzögerung des Fahrzeugs. Die Mechanismen, die die Beschleunigung und die Verzögerung des Fahrzeugs steuern, können in gewisser Weise voneinander unabhängig sein, da ein Drosselklappensteuersystem typischerweise auf die Beschleunigung betreffende Aspekte bezogen ist und ein Bremssteuersystem typischerweise auf die Verzögerung betreffende Aspekte bezogen ist. Das heißt jedoch nicht, dass solche Systeme niemals zusammenarbeiten oder miteinander kommunizieren; es heißt nur, dass in den meisten Fahrzeugen getrennte Befehlssignale für die Steuerung der Beschleunigung und der Verzögerung des Fahrzeugs erzeugt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Steuern von Drehmoment an einem oder mehreren Rädern eines Fahrzeugs geschaffen. Das Verfahren kann die folgenden Schritte umfassen: (a) Empfangen eines Fahrpedalsignals von einem Fahrpedalsensor und Empfangen eines Bremssignals von einem Bremssensor; (b) Verwenden des Fahrpedalsignals und des Bremssignals, um eine integrierte Drehmomentanforderung zu bestimmen, wobei die integrierte Drehmomentanforderung sowohl eine Beschleunigungsabsicht als auch eine Bremsabsicht des Fahrers berücksichtigt; (c) Verwenden der integrierten Drehmomentanforderung, um einen oder mehrere individuelle Drehmomentbefehle zu bestimmen, wobei jeder der individuellen Drehmomentbefehle sowohl die Beschleunigungsabsicht als auch die Bremsabsicht des Fahrers berücksichtigt; und (d) Steuern eines oder mehrerer Räder des Fahrzeugs mit dem einen oder den mehreren individuellen Drehmomentbefehlen, wobei jeder des einen oder der mehreren individuellen Drehmomentbefehle das gesteuerte Rad zu einem Beschleunigen, einem Bremsen oder einem Aufrechterhalten einer konstanten Geschwindigkeit veranlassen kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Steuern von Drehmoment an einem oder mehreren Rädern eines Fahrzeugs geschaffen. Das Verfahren kann die folgenden Schritte umfassen: (a) Bestimmen einer integrierten Drehmomentanforderung, wobei die integrierte Drehmomentanforderung sowohl eine Beschleunigungsabsicht als auch eine Bremsabsicht des Fahrers berücksichtigt; (b) Verwenden der integrierten Drehmomentanforderung, um mehrere individuelle Drehmomentbefehle zu bestimmen, wobei jeder der individuellen Drehmomentbefehle einem getrennten Rad des Fahrzeugs entspricht und für das getrennte Rad spezifisch vorgesehen ist; (c) Senden jedes der mehreren individuellen Drehmomentbefehle von einer Drehmomentsteuereinheit an ein getrenntes Rad des Fahrzeugs; und (d) getrenntes Steuern jedes der Räder des Fahrzeugs mit einem individuellen Drehmomentbefehl.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Im Folgenden werden bevorzugte beispielhafte Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und wobei:
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1 eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Fahrzeugs ist, das ein Drehmomentsteuersystem enthält; und
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2 ein Ablaufplan ist, der ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern von Drehmoment an einem oder mehreren Rädern eines Fahrzeugs wie etwa jenem, das in 1 gezeigt ist, veranschaulicht.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In 1 sind Abschnitte eines beispielhaften Fahrzeugs 10 gezeigt, das ein Drehmomentsteuersystem 12 besitzt, das verwendet werden kann, um sowohl ein positives Drehmoment (Beschleunigen) als auch ein negatives Drehmoment (Bremsen) an einem oder mehreren Rädern des Fahrzeugs zu steuern. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform erzeugt das Drehmomentsteuersystem 12 einen individuellen Drehmomentbefehl getrennt für jedes Fahrzeugrad, wobei der individuelle Drehmomentbefehl sowohl die Beschleunigungs- als auch die Bremsabsicht des Fahrers berücksichtigt. Daher kann das Drehmomentsteuersystem 12 sowohl das Beschleunigen als auch das Bremsen an einem bestimmten Rad mit einem einzigen Befehlssignal, das zu einer Motoreinheit und/oder zu einer Bremseinheit, die sich an der Ecke befinden, gesendet wird, steuern, wobei der Bedarf an einem Management des Beschleunigens und des Bremsens des Fahrzeugs mit getrennten und unabhängigen Steuersignalen vermieden wird. Weitere Attribute und Charakteristiken dieses Systems und das entsprechende Verfahren werden später genauer beschrieben.
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Es sollte erkannt werden, dass 1 nur eine schematische Darstellung eines potentiellen Fahrzeugs und eines potentiellen Drehmomentsteuersystems ist und dass das hier beschriebene Verfahren mit irgendeiner Anzahl anderer Fahrzeuge und Systeme verwendet werden könnte und nicht auf die hier gezeigten beispielhaften Fahrzeuge und Systeme eingeschränkt ist. Beispielsweise kann das im Folgenden beschriebene Verfahren mit einer großen Vielzahl verschiedener Fahrzeuge einschließlich eines Hybrid-Elektrofahrzeugs (HEV) wie etwa jenes, das in 1 gezeigt ist, eines Plugin-Hybrid-Elektrofahrzeugs (PHEV), eines Elektrofahrzeugs mit erweiterter Reichweite (EREV) oder irgendeines anderen Batterie-Elektrofahrzeugs (BEV), das Batterieleistung für den Fahrzeugvortrieb verwendet, um nur wenige Möglichkeiten zu nennen, verwendet werden. Gemäß dieser besonderen Ausführungsform umfasst das Drehmomentsteuersystem 12 im Allgemeinen einen Bremssensor 20, einen Fahrpedalsensor 22, eine Fahrzeugdynamik-Sensoreinheit 24, Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren 26–32, eine Drehmomentsteuereinheit 34, eine Batterie 36, eine Kraftmaschine 38, Bremseinheiten 40–46 und Motoreinheiten 50–56.
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Irgendeine Anzahl unterschiedlicher Sensoren, Komponenten, Vorrichtungen, Module, Untersysteme, Systeme und dergleichen können das Drehmomentsteuersystem 12 mit Informationen oder mit Eingaben versorgen, die im Zusammenhang mit dem vorliegenden Verfahren verwendet werden könnten. Diese umfassen beispielsweise die beispielhaften Sensoren, die in 1 gezeigt sind, sowie andere, die auf dem Gebiet bekannt sind, jedoch hier nicht gezeigt sind. Es sollte erkannt werden, dass der Bremssensor 20, der Fahrpedalsensor 22, die Sensoren der Fahrzeugdynamik-Sensoreinheit 24, die Radgeschwindigkeitssensoren 26–32 sowie irgendwelche anderen Sensoren, die sich in dem Drehmomentsteuersystem 12 befinden und/oder hiervon verwendet werden, als Hardware, Software, Firmware oder irgendeine Kombination hiervon ausgeführt sein können. Diese Sensoren können die Zustände, für die sie vorgesehen sind, direkt erfassen oder bewerten oder sie können indirekt solche Zustände anhand von Informationen bewerten, die durch andere Sensoren, Komponenten, Vorrichtungen, Module, Untersysteme, Systeme und dergleichen bereitgestellt werden. Ferner können diese Sensoren direkt mit der Drehmomentsteuereinheit 34 gekoppelt sein, indirekt über andere elektronische Vorrichtungen gekoppelt sein, über einen Fahrzeugkommunikationsbus, ein Netz und dergleichen gekoppelt sein oder gemäß irgendeiner anderen Anordnung, die auf dem Gebiet bekannt ist, gekoppelt sein. Weiterhin können diese Sensoren in eine Fahrzeugkomponente, eine Fahrzeugvorrichtung, ein Fahrzeugmodul, ein Fahrzeuguntersystem, ein Fahrzeugsystem und dergleichen (z. B. Sensoren, die in einem Kraftmaschinensteuermodul, einem Energiemanagementsystem und dergleichen vorgesehen sind) integriert sein oder sie können selbstständige Komponenten sein (wie schematisch in 1 gezeigt ist) oder sie können in irgendeiner anderen Anordnung vorgesehen sein. Für irgendeines der Sensorsignale, die im Folgenden beschrieben werden, ist es möglich, dass es durch ein Kraftmaschinensteuermodul, ein Getriebesteuermodul, ein Bremssteuermodul, ein Traktionssteuermodul oder irgendeine andere Komponente, eine andere Vorrichtung, ein anderes Modul, ein anderes Untersystem, ein anderes System und dergleichen im Fahrzeug 10 bereitgestellt wird, statt direkt durch ein jeweiliges Sensorelement bereitgestellt zu werden. In manchen Fällen könnten mehrere Sensoren verwendet werden, um einen einzigen Parameter zu erfassen (z. B. als Mittel zur Schaffung einer Signalredundanz mit dem Zweck, die Steuerungs- und/oder Diagnoserobustheit zu verbessern). Dies sind nur einige der Möglichkeiten, da irgendein Typ eines Sensors oder einer Sensoranordnung, die auf dem Gebiet bekannt sind, verwendet werden könnte.
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Der Bremssensor 20 stellt für das Drehmomentsteuersystem 12 ein Bremssignal bereit, das im Allgemeinen die Position, die Bewegung, die ausgeübte Kraft und/oder den Zustand des Bremspedals repräsentiert. Daher repräsentiert das Bremssignal im Allgemeinen die Bremsabsicht des Fahrers. Es kann irgendeine Anzahl unterschiedlicher Typen von Bremssensoren verwendet werden; diese umfassen kontaktlose Sensoren (z. B. optische Sensoren, elektromagnetische Sensoren und dergleichen), Kontaktsensoren (z. B. Potentiometer, Kontaktschalter und dergleichen) sowie jene, die die Kraft messen, die der Fahrer auf das Bremspedal ausübt, um wenige zu nennen. In einer Brake-by-Wire-Anwendung kann der Bremssensor 20 in einen Bremspedalsimulator oder -emulator integriert sein, der das erwartete mechanische Gefühl des Bremspedals an den Fahrer übermittelt und ein Bremssignal bereitstellt.
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Der Fahrpedalsensor 22 stellt für das Drehmomentsteuersystem 12 ein Fahrpedalsignal bereit, das im Allgemeinen die Position, die Bewegung, die ausgeübte Kraft und/oder den Zustand des Fahrpedals repräsentiert. Somit repräsentiert das Fahrpedalsignal im Allgemeinen die Beschleunigungsabsicht des Fahrers. Der Fachmann erkennt, dass zahlreiche verschiedene Typen von Fahrpedalsensoren verwendet werden könnten; diese umfassen kontaktlose Sensoren (z. B. optische Sensoren, elektromagnetische Sensoren und dergleichen), Kontaktsensoren (z. B. Potentiometer, Kontaktschalter und dergleichen) sowie jene, die die Kraft messen, die der Fahrer auf das Fahrpedal ausübt, um nur wenige zu nennen. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst der Fahrpedalsensor 22 einen kontaktlosen Sensor mit einen Hall-Effekt-Element, das betriebstechnisch mit dem Fahrpedal gekoppelt ist, so dass er die momentane Position, die Drehgeschwindigkeit und/oder den Zustand des Fahrpedals bestimmen kann. In einer Drive-by-Wire-Anwendung kann der Fahrpedalsensor 22 in einen Fahrpedalsimulator oder -emulator integriert sein, der das erwartete mechanische Gefühl des Fahrpedals an den Fahrer übermittelt und ein Fahrpedal bereitstellt.
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Die Fahrzeugdynamik-Sensoreinheit 24 kann irgendeine Kombination von Sensoren oder Erfassungselementen enthalten, die die Fahrzeugdynamik detektieren oder messen, und kann getrennt oder in einer einzigen Einheit in Gehäusen untergebracht sein. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist die Fahrzeugdynamik-Sensoreinheit 24 eine integrierte Sensoreinheit, die einen Gierratensensor 60, einen Querbeschleunigungssensor 62 und einen Längsbeschleunigungssensor 64 umfasst, die alle in einem Gehäuse untergebracht sind, und die in dem Fahrzeugfahrgastraum montiert ist. Ein möglicher Ort für die Montage der Fahrzeugdynamik-Sensoreinheit 24 befindet sich unter dem Beifahrersitz, obwohl sie stattdessen auch anderswo montiert sein könnte.
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Der Gierratensensor 60 stellt für das Drehmomentsteuersystem 12 ein Gierratensignal bereit, das im Allgemeinen die Winkelgeschwindigkeit oder die Geschwindigkeit des Fahrzeugs um eine vertikale Achse, d. h. die Fahrzeuggierrate, repräsentiert. Der Gierratensensor 60 kann ein selbstständiger Sensor sein, im Gegensatz zu der Integration im selben Gehäuse wie die Beschleunigungssensoren 62 und 64, und er kann Vorrichtungen, die von der Drehmomentsteuereinheit 34 verschieden sind, mit Informationen versorgen. Beispielsweise können ein Antiblockierbremssystem (ABS) und ein elektronisches Fahrzeugstabilitäts-Steuersystem (ESC-System) Informationen von dem Gierratensensor 60 verwenden. Einige beispielhafte Technologien, die in Verbindung mit dem Gierratensensor 60 verwendet werden können, umfassen piezoelektrische Sensoren, mikromechanische Sensoren und Gyroskope, die dem Fachmann auf dem Gebiet alle bekannt sind. Irgendein Typ eines geeigneten Gierratensensors kann hier verwendet werden, einschließlich jener, die die Fahrzeuggierrate direkt erfassen oder messen, zusammen mit jenen, die die Gierrate aus anderen Daten, Messungen, Ablesungen und dergleichen berechnen oder herleiten.
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Ein Querbeschleunigungssensor 62 stellt für das Drehmomentsteuersystem 12 ein Querbeschleunigungssignal bereit, das im Allgemeinen die Querbeschleunigung des Fahrzeugs repräsentiert. Die Querbeschleunigung wird manchmal als Zentrifugalkraft bezeichnet, die ein Fahrzeug zur kurvenäußeren Seite drängt, wenn ein Fahrzeug um eine Kurve fährt. In einer Ausführungsform umfasst der Querbeschleunigungssensor 62 einen Querbeschleunigungsmesser, der sich im selben Gehäuse wie der Gierratensensor 60 befindet oder mit diesem zusammen als eine Einheit integriert ist. Einige Beispiele geeigneter Beschleunigungssensortypen umfassen Sensoren eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS-Sensor) und Stimmgabelsensoren, obwohl irgendein anderer Typ eines Beschleunigungssensors verwendet werden kann. In Abhängigkeit von den besonderen Bedürfnissen des Systems kann der Querbeschleunigungssensor 62 ein einachsiger oder mehrachsiger Sensor sein, die Beschleunigung und/oder die Verzögerung detektieren, die Größe und/oder die Richtung der Beschleunigung als Vektorgröße detektieren, die Beschleunigung direkt erfassen oder messen oder die Beschleunigung aus anderen Ablesungen wie etwa Fahrzeuggeschwindigkeitsablesungen berechnen oder deduzieren, um nur einige Möglichkeiten zu erwähnen.
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Der Längsbeschleunigungssensor 64 stellt für das Drehmomentsteuersystem 12 ein Längsbeschleunigungssignal bereit, das im Allgemeinen die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs repräsentiert. Die Längsbeschleunigung bezeichnet die Komponente der Fahrzeugbeschleunigung, die zu seiner Längsachse parallel ist. In einer Ausführungsform umfasst der Längsbeschleunigungssensor 64 einen Längsbeschleunigungsmesser, der sich im selben Gehäuse wie der Gierratensensor 60 befindet oder mit diesem zu einer Einheit integriert ist. Einige Beispiele geeigneter Beschleunigungssensortypen umfassen Sensoren des Typs mikroelektromechanisches System (MEMS) und Stimmgabelsensoren, obwohl irgendein anderer Typ eines Beschleunigungssensors verwendet werden kann. In Abhängigkeit von den besonderen Bedürfnissen des Systems kann der Längsbeschleunigungssensor 64 ein einachsiger oder ein mehrachsiger Sensor sein, die Beschleunigung und/oder die Verzögerung detektieren, die Größe und/oder die Richtung der Beschleunigung als Vektorgröße detektieren, die Beschleunigung direkt erfassen oder messen oder die Beschleunigung von anderen Ablesungen berechnen oder deduzieren, um nur wenige Möglichkeiten zu erwähnen. Es ist auch möglich, dass die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs aus Ablesungen bestimmt wird, die von Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren 26–32 bereitgestellt werden.
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Die Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren 26–32 stellen für das Drehmomentsteuersystem 12 Geschwindigkeitssignale bereit, die die Drehzahl oder die Geschwindigkeit der Räder angeben und daher die Gesamtgeschwindigkeit des Fahrzeugs angeben. Es können viele verschiedene Geschwindigkeitssensoren und Erfassungstechniken einschließlich jener, die die Raddrehzahl, die Bodenrelativgeschwindigkeit, die Fahrpedalstellung, die Kupplungspedalstellung, die Gangschaltauswahl, die Fahrzeugbeschleunigung, die Kraftmaschinendrehzahl, das Kraftmaschinendrehmoment sowie die Drosselklappenstellung verwenden, um nur einige zu nennen, verwendet werden. In einer Ausführungsform sind individuelle Raddrehzahlsensoren 26–32 mit jedem der vier Räder des Fahrzeugs gekoppelt und melden getrennt die Drehzahl der vier Räder. Der Fachmann erkennt, dass diese Sensoren gemäß optischer, elektromagnetischer oder anderer Technologien arbeiten können und dass die Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren 26–32 nicht auf irgendeinen besonderen Geschwindigkeitssensortyp eingeschränkt sind. In einer weiteren Ausführungsform könnten die Geschwindigkeitssensoren mit bestimmten Teilen des Fahrzeugs gekoppelt sein, etwa mit einer Ausgangswelle des Getriebes oder hinter dem Geschwindigkeitsmesser, und Geschwindigkeitssignale aus diesen Messungen erzeugen. Es ist auch möglich, Geschwindigkeitssignale aus Beschleunigungssignalen wie etwa jenen, die oben erwähnt worden sind, abzuleiten oder zu berechnen (der Fachmann kennt die Beziehung zwischen Geschwindigkeits- und Beschleunigungsablesungen). In einer weiteren Ausführungsform könnten ein oder mehrere Geschwindigkeitssensoren die Fahrzeuggeschwindigkeit relativ zum Boden durch Richten von Radar, Laser- oder anderen Signalen zum Boden und durch Analysieren der reflektierten Signale oder durch Verwenden einer Rückkopplung von einem globalen Positionierungssystem (GPS) bestimmen. Es ist möglich, die Geschwindigkeitssignale für das Drehmomentsteuersystem 12 durch irgendein anderes Modul, Untersystem, System und dergleichen wie etwa ein Kraftmaschinensteuermodul (ECM) bereitzustellen.
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Die Drehmomentsteuereinheit 34 kann irgendeine Kombination elektronischer Verarbeitungsvorrichtungen, Speichervorrichtungen, Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen (E/A-Vorrichtungen) und/oder anderer bekannter Komponenten umfassen und kann verschiedene Steuerfunktionen und/oder auf die Kommunikation bezogene Funktionen ausführen. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die Drehmomentsteuereinheit 34 eine elektronische Speichervorrichtung 70, eine elektronische Verarbeitungsvorrichtung 72, eine Antiblockierbremssystem-Einheit (ABS-Einheit) 74, eine elektronische Stabilitätssteuereinheit (ESC-Einheit) 76 und eine Traktionssteuersystem-Einheit (TCS-Einheit) 78. In Abhängigkeit von der besonderen Ausführungsform kann die Drehmomentsteuereinheit 34 eine einzelne selbstständige Einheit oder ein einzelnes selbstständiges Modul sein, alternativ kann sie in ein oder mehrere andere elektronische Module oder Systeme eingebaut oder darin enthalten sein, ein Teil eines größeren Netzes oder Systems bilden (z. B. eines Energiemanagementsystems oder eines Stabilitätssteuersystems) oder eine Kombination dieser Anordnungen darstellen, um nur wenige Möglichkeiten zu erwähnen. Für die Einheiten 74–78 ist es nicht notwendig, in einer einzigen Drehmomentsteuereinheit 34 integriert oder enthalten zu sein, da diese Anordnung in 1 nur zum Zweck der Veranschaulichung gezeigt ist. Es können viele verschiedene Typen und Anordnungen einer Drehmomentsteuereinheit 34 zusammen mit dem im Folgenden beschriebenen Verfahren verwendet werden, einschließlich jener, in denen die Einheiten 74–78 nicht in der Drehmomentsteuereinheit enthalten sind. Einige Beispiele möglicher Implementierungen einer Drehmomentsteuereinheit 34 kann ein integriertes Fahrzeugsteuermodul (VCIM), ein Traktionsleistungs-Invertermodul (TPIM), ein Batterieleistungs-Invertermodul (BPIM), ein Bewegungs- und Energiesteuermodul (MEC-Modul), ein Hybridsteuermodul oder irgendein anderes Modul enthalten, die verwendet werden, um eine gewünschte Hybridbetriebsart zu bestimmen oder zu managen. Das vorliegende Verfahren ist nicht auf irgendeine besondere Ausführungsform eingeschränkt.
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Die elektronische Speichervorrichtung 70 kann irgendeinen Typ eines geeigneten elektronischen Speichermittels enthalten und kann viele verschiedene Daten, Informationen und/oder elektronische Befehle speichern. Diese umfassen beispielsweise erfasste Fahrzeugzustände (z. B. jene, die durch die Sensoren 20–32 bereitgestellt werden), Nachschlagtabellen und andere Datenstrukturen, Algorithmen (z. B. elektronische Befehle, die verwendet werden, um das im Folgenden beschriebene Verfahren zu implementieren), Fahrzeugkomponentencharakteristiken und Hintergrundinformationen (z. B. Betriebseinstellungen und dergleichen für die verschiedenen Fahrzeugkomponenten) und dergleichen. Das im Folgenden beschriebene Verfahren – sowie irgendeine Kombination elektronischer Befehle und Informationen, die erforderlich sind, um einen solchen Algorithmus auszuführen – kann in der Speichervorrichtung 70 gespeichert oder auf andere Weise gehalten werden.
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Die elektronische Verarbeitungsvorrichtung 72 kann irgendeinen Typ eines geeigneten elektronischen Prozessors (z. B. ein Mikroprozessor, ein Mikrocontroller, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) und dergleichen) enthalten, der elektronische Befehle für Software, Firmware, Programme, Algorithmen, Scripts und dergleichen ausführt. Die beispielhafte Verarbeitungsvorrichtung 72 ist nicht auf irgendeinen Typ einer Komponente oder Vorrichtung eingeschränkt. Die Drehmomentsteuereinheit 34 kann mit anderen Fahrzeugvorrichtungen, -modulen, -systemen und dergleichen über eine geeignete Verbindung elektronisch verbunden sein und damit wie gefordert in Wechselwirkung stehen. Dies sind selbstverständlich nur einige der möglichen Anordnungen, Funktionen und Fähigkeiten der Drehmomentsteuereinheit 34, wobei andere sicherlich möglich sind.
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Die Antiblockierbremssystem-Einheit (ABS-Einheit) 74 kann mit der Drehmomentsteuereinheit 34 arbeiten, wenn sie bestimmte Radschlupfumgebungen detektiert. In einer Ausführungsform überwacht die ABS-Einheit 74 die Verzögerungsraten der verschiedenen Fahrzeugräder, wobei die ABS-Einheit dann, wenn ein Radschlupfzustand detektiert wird, die Bremskraft an dem Rad oder der Ecke, das bzw. die den Radschlupf zeigt, sofort reduziert. Sobald die Verzögerungsrate des betroffenen Rades wieder auf derselben Linie wie die anderen liegt (z. B. durch eine wiedergewonnene Traktion), kann die normale Bremskraft wiederhergestellt werden, so dass der normale Bremsvorgang fortgesetzt wird. Der Fachmann erkennt, dass es viele verschiedene ABS-Systeme gibt, die von dem vorliegenden Verfahren verwendet werden können, einschließlich jener, die verschiedene Typen und eine unterschiedliche Anzahl von Kanälen und/oder Sensoren haben. Obwohl die ABS-Einheit 74 in 1 schematisch als Teil der Drehmomentsteuereinheit 34 gezeigt ist, ist es sicherlich möglich, dass die ABS-Einheit gemäß anderen Anordnungen vorgesehen ist und mit anderen Vorrichtungen im Fahrzeug verbunden ist. Die ABS-Einheit 74 kann ein getrenntes oder selbstständiges elektronisches Modul sein oder in ein weiteres Modul, eine weitere Vorrichtung und/oder ein weiteres System integriert sein, wie in 1 gezeigt ist. Die ABS-Einheit 74 ist nicht auf eine besondere Ausführungsform oder Anordnung eingeschränkt, da der Fachmann andere Optionen erkennt.
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Die elektronische Stabilitätssteuereinheit (ESC-Einheit) 76 kann mit der Drehmomentsteuereinheit 34 arbeiten, wenn sie bestimmte Instabilitätsereignisse detektiert, etwa jene, die die Lenkung betreffen. Während des normalen Fahrens kann die ESC-Einheit 76 die Fahrzeugdynamik wie etwa die Lenkung und die Fahrzeugrichtung ununterbrochen überwachen und kann im Hintergrund ohne allzu großen Eingriff, der für den Fahrer wahrnehmbar wäre, arbeiten. Beispielsweise kann die ESC-Einheit die vom Fahrer beabsichtigte Richtung (z. B. jene, die aus einem Lenkwinkelsensor erhalten wird) mit der tatsächlichen Richtung des Fahrzeugs vergleichen und dann eine von mehreren Korrekturmaßnahmen ergreifen, um die Stabilität des Fahrzeugs zu verbessern. Solche Maßnahmen können Einstellungen für die Lenkung, die Aufhängung, die Leistungsverteilung, die Leistungserzeugung, das Bremsen und dergleichen umfassen. Obwohl die Einheit 76 hier als eine elektronische Stabilitätseinheit (ESC-Einheit) bezeichnet wird, können stattdessen andere Module und Systeme verwendet werden, einschließlich jener, die als Fahrzeugstabilitätsassistent (VSA), Fahrzeugdynamiksteuerung (VDC), elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP), dynamische Stabilitätskontrolle (DSC), StabiliTrak, AdvanceTrac und dergleichen bezeichnet werden.
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Die Traktionssteuersystem-Einheit (TCS-Einheit) 78 kann mit der Drehmomentsteuereinheit 34 arbeiten, wenn ein Traktionsverlust zwischen eifern oder mehreren der Fahrzeugräder und der Straße detektiert wird. Ein Traktionsverlust kann durch viele verschiedene Bedingungen und Umstände bedingt sein, einschließlich sich verändernder Fahrbahnoberflächenzustände (z. B. nasse, vereiste, verschneite oder mit Rollsplit bestreute Straßen) und harter Manöver oder aggressiven Fahrens (z. B. Kurvenfahrt mit hohen Geschwindigkeiten), um nur wenige zu nennen. Die TCS-Einheit 78 kann zahlreiche Korrekturmaßnahmen ergreifen, um solchen Zuständen entgegenzuwirken. Solche Maßnahmen können Einstellungen der Lenkung, der Aufhängung, der Leistungsverteilung, der Leistungserzeugung, des Bremsens und dergleichen umfassen. Obwohl in dieser bevorzugten Ausführungsform die Einheit 78 eine TCS-Einheit genannt wird, können andere ähnliche Einheiten und Systeme verwendet werden, einschließlich einer Schlupfverhinderungsregulierung (ASR). Es sollte erkannt werden, dass die Einheiten 74–78 Zustände und Umgebungen auf einer Gesamtfahrzeugbasis, auf einer achsenweisen Basis oder auf einer radweisen Basis oder in Übereinstimmung mit irgendeiner Kombination hiervon ansprechen. Darüber hinaus ist die Drehmomentsteuereinheit 34 nicht auf irgendeine besondere Kombination von Einheiten 74–78 eingeschränkt, da diese beispielhaften Einheiten nur als Beispiele der Typen von Einheiten oder Untersystemen, die die Drehmomentsteuereinheit enthalten oder aufrufen kann, vorgesehen worden sind.
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Die Batterie 36 kann elektrische Energie speichern, die verwendet wird, um Elektromotoreinheiten 50–56 anzutreiben sowie andere elektrische Erfordernisse des Fahrzeugs zu erfüllen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die Batterie 36 ein Hochspannungs-Batteriepack 86 (z. B. 40 V bis 600 V-Batteriepack) und eine Batteriesteuereinheit 88. Das Batteriepack 86 kann zahlreiche einzelne Batteriezellen enthalten und kann irgendeine geeignete Batteriechemie einschließlich jener, die auf den folgenden Technologien beruhen: Lithiumionen, Nickelmetallhydrid (NiMH), Nickelcadmium (NiCd), Natriumnickelchlorid (NaNiCl), oder irgendeine andere Batterietechnologie verwenden. Die Batterie 36 sollte entworfen sein, um wiederholten Lade- und Entladezyklen zu widerstehen, und kann in Verbindung mit anderen Energiespeichervorrichtungen wie etwa Kondensatoren, Superkondensatoren, Induktoren und dergleichen verwendet werden. Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt, dass die Batterie 36 in irgendeiner Anzahl verschiedener Ausführungsformen vorgesehen sein kann, mit irgendeiner Anzahl verschiedener Konfigurationen verbunden sein kann und irgendeine Anzahl verschiedener Komponenten wie etwa Sensoren, Steuereinheiten und/oder andere geeignete Komponenten, die auf dem Gebiet bekannt sind, enthalten kann. Das Drehmomentsteuersystem 12 kann ferner irgendeine Anzahl verschiedener Komponenten wie etwa Ladeeinrichtungen, Transformatoren, Gleichrichter, Schaltleistungsversorgungen, Filtermittel, Kühlungsmittel, zusätzliche Sensoren, Steuereinheiten und/oder irgendwelche anderen geeigneten Komponenten, die auf dem Gebiet bekannt sind, enthalten.
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Die Kraftmaschine 38 kann das Fahrzeug unter Verwendung herkömmlicher Brennkraftmaschinentechniken vorantreiben und/oder einen Generator antreiben und kann irgendeinen geeigneten Typ einer Kraftmaschine, der auf dem Gebiet bekannt ist, enthalten. Einige Beispiele geeigneter Kraftmaschinen umfassen Kraftmaschinen für Benzin, Diesel, Ethanol, Flex-Kraftstoff, Erdgas, verflüssigtes Erdölgas (LPG), Wasserstoff, Saugkraftmaschinen, Kraftmaschinen mit Turbolader, Kraftmaschinen mit Kompressor, Rotationskraftmaschinen, Ottokraftmaschinen, Atkins-Kraftmaschinen und Miller-Kraftmaschinen sowie andere Kraftmaschinen. Gemäß der besonderen beispielhaften Ausführungsform, die hier gezeigt ist, ist die Kraftmaschine 38 eine kleine kraftstoffeffiziente Kraftmaschine (z. B. eine Vierzylinder-Kraftmaschine mit kleinem Hubraum und Turbolader), die Kraftstoff von einem Kraftstofftank 92 empfängt und den mechanischen Ausgang der Kraftmaschine verwendet, um einen Generator zu drehen, der mit einer Batterie 36 gekoppelt ist. Der Fachmann erkennt, dass die Kraftmaschine 38 gemäß irgendeiner Anzahl unterschiedlicher Ausführungsformen vorgesehen sein kann, mit irgendeiner Anzahl verschiedener Konfigurationen verbunden sein kann (z. B. könnte die Kraftmaschine Teil eines parallelen Hybridsystems sein, in dem die Kraftmaschine mit den Fahrzeugrädern mechanisch gekoppelt ist, statt ausschließlich für die Erzeugung von Elektrizität verwendet zu werden), und irgendeine Anzahl verschiedener Komponenten und Vorrichtungen enthalten kann. Da das vorliegende Verfahren nicht an irgendeinen besonderen Typ einer Kraftmaschine gebunden ist und da das Wissen auf dem Gebiet bezüglich solcher Kraftmaschinen weit verbreitet ist, wird eine weitere Erläuterung einer beispielhaften Kraftmaschine 36 weggelassen. Es ist auch möglich, dass das Fahrzeug 10 einen Brennstoffzellenstapel oder irgendeine andere Quelle zur Erzeugung elektrischer Energie besitzt, die statt oder zusätzlich zu der Brennkraftmaschine und/oder einem Batteriepack zum Zweck des Fahrzeugvortriebs verwendet wird.
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Die Bremseinheiten 40–46 befinden sich jeweils an einem Fahrzeugrad oder einer Fahrzeugecke und können ein Bremsdrehmoment erzeugen, um dem Vorwärtsimpuls des Fahrzeugs 10 entgegenzuwirken. Gemäß einer Ausführungsform kann jede der Bremseinheiten 40–46 einen Rotor, einen Bremssattel, Bremsbeläge und einen Bremskolben aufweisen und können ein Teil eines elektrohydraulischen Bremssystems (EHB-System), eines elektromechanischen Bremssystems (EMB-System) oder irgendeines anderen Typs eines Reibungs- oder Nichtreibungssystems sein. In einem EMB-System kann jede Bremseinheit 40–46 einen elektrisch angetriebenen Bremssattel anstelle eines hydraulisch angetriebenen Kolbens aufweisen. Die Bremseinheiten 40–46 können synchron zusammen gesteuert werden, auf achsenweiser Basis gesteuert werden (z. B. werden die Vorderräder gemeinsam gesteuert und die Hinterräder gemeinsam gesteuert), in anderen Gruppen gesteuert werden (z. B. werden die fahrerseitigen Räder gemeinsam gesteuert), auf radweiser Basis gesteuert werden oder gemäß irgendeiner anderen Anordnung gesteuert werden. Das hier beschriebene Verfahren und das hier beschriebene System sind nicht auf die Verwendung von Scheibenbremssystemen eingeschränkt und könnten mit anderen Bremssystemen und Anordnungen einschließlich Trommelbremssystemen verwendet werden. In einer weiteren Ausführungsform wird durch Motoreinheiten 50–56 ein regeneratives Bremsdrehmoment erzeugt, das dem Vorwärtsimpuls des Fahrzeugs durch eine elektromagnetisch abgeleitete Kraft entgegenwirkt, die entgegen der Vorwärtsdrehung der Fahrzeugräder und/oder entgegen anderen Antriebsstrangkomponenten wirkt (dieser Prozess kann auch die Batterie 36 laden). In einer weiteren Ausführungsform verwendet das Fahrzeug eine Kombination aus einer Reibungsbremsung und einer regenerativen Bremsung, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu steuern und um elektrische Energie zu erzeugen.
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Obwohl das beispielhafte Verfahren, das hier im Zusammenhang eines Brake-by-Wire-Systems beschrieben wird, etwa eines elektrohydraulischen Bremssystems (EHB-System) oder eines elektromechanischen Bremssystems (EMB-System), sollte erkannt werden, dass das Verfahren auch mit irgendeiner Anzahl anderer Bremssysteme verwendet werden kann und nicht auf die offenbarte Ausführungsform eingeschränkt ist. Beispielsweise kann das vorliegende Verfahren mit anderen Brake-by-Wire- und Nicht-Brake-by-Wire-Systemen, regenerativen und nicht regenerativen Bremssystemen sowie mit anderen Bremssystemen, die andere Typen von Technologien verwenden, verwendet werden.
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Die Motoreinheiten 50–56 befinden sich jeweils an einem Fahrzeugrad oder einer Fahrzeugecke und können elektrische Energie verwenden, die in der Batterie 36 gespeichert ist, um das Fahrzeug 10 voranzutreiben. Jede der Motoreinheiten 50–56 kann einfach einen Motor für die Erzeugung eines positiven Drehmoments (Beschleunigung) enthalten oder sie können sowohl einen Motor als auch einen Generator (einen so genannten ”Mogen” enthalten, um sowohl ein positives Drehmoment (Beschleunigen) als auch ein negatives Drehmoment (Bremsen) zu erzeugen. Der Fachmann erkennt, dass ein kombinierter Motor/Generator sowohl das Fahrzeug vorantreiben kann als auch das Fahrzeug durch regeneratives Bremsen verlangsamen kann, wodurch ebenfalls elektrische Energie zum Laden der Batterie 36 erzeugt wird. Andere Motor- und/oder Generator-Ausführungsformen und -Anordnungen sind ebenfalls möglich. Beispielsweise könnten der Motor und der Generator aufgeteilt sein und als zwei getrennte Vorrichtungen vorgesehen sein oder die Motoreinheiten könnten auf einer Achsenbasis im Gegensatz zu einer Einzelradbasis vorgesehen sein (z. B. eine erste Motoreinheit für Räder der Vorderachse und eine zweite Motoreinheit für die Räder der Hinterachse), um nur wenige Möglichkeiten zu erwähnen. Die Motoreinheiten 50–56 können Wechselspannungsmotoren (z. B. einen Dreiphasen-Wechselspannungs-Induktionsmotor), Gleichspannungsmotoren, Bürstenmotoren oder bürstenlose Motoren, Permanentmagnetmotoren und dergleichen umfassen und können viele verschiedene Komponenten wie etwa Kühlungsmerkmale, Sensoren, Steuereinheiten und/oder andere geeignete Komponenten, die auf dem Gebiet bekannt sind, enthalten.
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Das Drehmomentsteuersystem 12 kann mehr, weniger oder eine andere Kombination von Elementen, Komponenten, Vorrichtungen und/oder Module als jene, die hier veranschaulicht und beschrieben sind, aufweisen, da das vorliegende Verfahren nicht auf diese besondere Ausführungsform eingeschränkt ist. Beispielsweise kann das Drehmomentsteuermodul umfassen: eine Ladeeinrichtung, einen Inverter/Konverter, ein Hybridgetriebe, eine leistungsverzweigte Vorrichtung, ein Getriebegehäuse, eine oder mehrere Kupplungen, ein Schwungrad und/oder andere Hybridantriebsstrangkomponenten; eine elektrische Niederspannungsschaltung oder ein elektrischer Niederspannungsbus (z. B. Standardschaltungen mit 12 V, 18 V oder 42 V), eine elektrische Hochspannungsschaltung oder einen elektrischen Hochspannungsbus, ein Zubehörleistungsmodul (APM), elektronisches Zubehör, verschiedene elektrische Module, eine Telematikeinheit, zusätzliche Elektromotoren und/oder andere elektronische Vorrichtungen; sowie andere Vorrichtungen, die sich in Hybrid- und Nichthybrid-Fahrzeugen finden. Ferner können die Komponenten, Vorrichtungen und/oder Module, die in 1 gezeigt sind, in das Fahrzeug integriert oder auf andere Weise mit anderen Teilen des Fahrzeugs kombiniert sein, da die Darstellung in dieser Figur nur die Bedeutung einer allgemeinen und schematischen Veranschaulichung einer möglichen Systemanordnung hat.
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In 2 ist nun ein beispielhaftes Verfahren 100 zum Steuern von Drehmoment an einem oder mehreren Rädern eines Fahrzeugs gezeigt, das sowohl die Steuerung eines positiven Drehmoments (Beschleunigen) als auch eines negativen Drehmoments (Bremsen) umfasst. Gemäß einer Ausführungsform interpretiert das Verfahren 100 die Beschleunigungs- und die Bremsabsicht des Fahrers, berücksichtigt bestimmte spezielle Zustände (z. B. Fahrzeugdynamikzustände) und erzeugt einen oder mehrere individuelle Drehmomentbefehle, die zu individuellen Rädern oder Ecken des Fahrzeugs geschickt werden. Die individuellen Drehmomentbefehle können bestimmte Chassis- und Antriebsstrangfunktionen wie etwa Beschleunigen und Bremsen ansprechen und können eine vollständige Drehmomentsteuerung (d. h. Beschleunigen, Bremsen, Fahrzeugdynamik und dergleichen) auf einer Einzelradbasis schaffen. Somit kann der individuelle Drehmomentbefehl, der zu einem Rad geschickt wird, zu jenem, der zu einem weiteren Rad geschickt wird, verschieden sein. Dies unterscheidet sich von vielen herkömmlichen Systemen, wo ein positives Drehmoment oder eine Beschleunigung durch ein Kraftmaschinensteuermodul gesteuert wird, ein negatives Drehmoment oder ein Bremsen durch ein Bremssteuermodul gehandhabt wird und Fahrzeugdynamikzustände durch zahlreiche separate Module (z. B. ein ABS-Modul, ein ESC-Modul und ein TCS-Modul) angesprochen werden. In solchen Systemen arbeiten die Module gewöhnlich unabhängig oder halb unabhängig voneinander in Übereinstimmung mit einer Architektur des Interrupt-Stils. Es ist auch möglich, dass das Verfahren 100 in einem System verwendet wird, in dem eine Anzahl gemeinsamer Chassis-, Antriebsstrang- und/oder Fahrzeugdynamikmodule zu einem einzigen Drehmomentsteuermodul oder dergleichen integriert worden sind.
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Beginnend mit dem Schritt 110 bestimmt das Verfahren die Beschleunigungsabsicht und die Bremsabsicht des Fahrers. Dies kann auf zahlreiche verschiedene Weisen erreicht werden. Beispielsweise kann der Schritt 110 ein Fahrpedalsignal von dem Fahrpedalsensor 22 und ein Bremssignal von dem Bremssensor 20 zusammen mit irgendwelchen anderen Signalen oder Daten, die erforderlich sind, um die Beschleunigungs- und Bremsabsicht des Fahrers zu interpretieren, empfangen. Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt, dass irgendeine Anzahl verschiedener Signalverarbeitungsschritte und -techniken auf die im Schritt 110 gesammelten Signale angewendet werden kann, einschließlich Filterung, Plausibilitätsprüfungen, Redundanzprüfungen, Fehlerprüfungen und dergleichen, jedoch sicherlich ohne darauf eingeschränkt zu sein. In einer Ausführungsform werden rohe Sensorablesungen der Sensoren 20 und 22 für die Drehmomentsteuereinheit 34 für eine weitere Verarbeitung und Analyse bereitgestellt, stattdessen könnten sie jedoch indirekt für die Drehmomentsteuereinheit über irgendeine andere Komponente oder irgendein anderes Hardwareteil bereitgestellt werden. Der Schritt 110 kann andere Sensorablesungen und Signale zusätzlich zu den hier beschriebenen beispielhaften Ablesungen und Signalen sammeln.
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Der Schritt 120 bestimmt eine integrierte Drehmomentanfordenng. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform verwendet der Schritt 120 die Beschleunigungs- und Bremssignale, die im vorhergehenden Schritt gesammelt werden, um eine integrierte Drehmomentanforderung zu bestimmen, die im Allgemeinen das gesamte Drehmoment repräsentiert, das gefordert ist und sowohl die Beschleunigungs- als auch die Bremsabsicht des Fahrers berücksichtigt. Falls der Fahrer nur mit dem Fahrpedal in Eingriff gelangt oder nur mit dem Bremspedal in Eingriff gelangt, was gewöhnlich der Fall ist, muss der Schritt 120 im Allgemeinen keine Arbitrierung ausführen, da nur ein Drehmomenttyp (positiv oder negativ) gefordert ist. In jenen Situationen jedoch, in denen der Fahrer gleichzeitig das Fahrpedal und das Bremspedal betätigt, kann der Schritt 120 zwischen diesen beiden konfligierenden Anforderungen arbitrieren und eine einzige integrierte Drehmomentanforderung erzeugen, wobei der einzelnen integrierten Drehmomentanforderung ein positives Vorzeichen für eine gesamte Beschleunigungsanforderung und ein negatives Vorzeichen für eine gesamte Bremsanforderung zugewiesen wird. Der Fachmann erkennt, dass eines von vielen verschiedenen Verfahren und eine von vielen verschiedenen Techniken verwendet werden können, um diese Arbitrierung auszuführen, einschließlich Techniken, die gewichtete Durchschnitte für die Beschleunigungs- und Bremssignale verwenden. In einem Beispiel wird dem Bremssignal oder der Bremsabsicht des Fahrers Priorität gegenüber dem Beschleunigungssignal, das die Beschleunigungsabsicht des Fahrers repräsentiert, gegeben.
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Als Nächstes teilt der Schritt 130 die einzelne integrierte Drehmomentanforderung in eine vordere und eine hintere Drehmomentanforderung auf. Die genaue Art dieser Aufteilung oder Zuweisung kann durch zahlreiche verschiedene Faktoren beeinflusst werden, einschließlich des Vorzeichens oder der Polarität der integrierten Drehmomentanforderung, wobei der Schritt 130 nicht auf irgendeine Technik eingeschränkt ist. Beispielsweise kann den Vorder- und Hinterachsen des Fahrzeugs der gleiche Drehmomentbetrag zugewiesen werden (d. h. das angeforderte Drehmoment wird zwischen der Vorder- und der Hinterachse gleichmäßig aufgeteilt) kann der Vorderachse mehr Drehmoment als der Hinterachse zugeteilt werden (z. B. in einer aggressiven Bremsumgebung) oder kann der Hinterachse mehr Drehmoment als der Vorderachse zugewiesen werden (z. B. in einer aggressiven Beschleunigungsumgebung). Falls die integrierte Drehmomentanforderung aus dem vorhergehenden Schritt ein positives Vorzeichen hat, können eine erste Nachschlagtabelle und/oder ein erster Algorithmus verwendet werden, um eine geeignete Aufteilung oder Unterteilung von Drehmoment zwischen den Vorder- und Hinterrädern zu bestimmen; falls die integrierte Drehmomentanforderung ein negatives Vorzeichen besitzt, können stattdessen eine zweite Nachschlagtabelle und/oder ein zweiter Algorithmus verwendet werden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann der Schritt 130 eine Nachschlagtabelle oder einen entsprechenden Algorithmus nutzen, die die momentane Beschleunigung des Fahrzeugs als einen Eingang verwenden und vordere und hintere Drehmomentanforderungen als Ausgänge haben. Nun wird das Beispiel betrachtet, in dem die integrierte Drehmomentanforderung ein positiver Wert ist (d. h. der Fahrer fordert eine Beschleunigung an) und das Fahrzeug bereits mit einer Rate von 1 m/s2 beschleunigt. Der Schritt 130 kann eine erste Nachschlagtabelle wählen, die positiven Drehmomentanforderungen entspricht, die momentane Fahrzeugbeschleunigung von 1 m/s2 als einen Eingang in die erste Nachschlagtabelle verwenden und ein Paar Ausgänge von der ersten Nachschlagtabelle, die der vorderen bzw. hinteren Drehmomentanforderung entsprechen, empfangen. Die Nachschlagtabelle kann wirkliche Drehmomentwerte ausgeben oder einen Faktor, einen Multiplikator, einen Bruchteil oder einen anderen Wert ausgeben, der dann auf die integrierte Drehmomentanforderung angewendet wird, um die wirklichen Drehmomentwerte zu erhalten um nur zwei Möglichkeiten zu erwähnen. In jedem Fall können die vordere und die hintere Drehmomentanforderung im Schritt 130 ausgegeben werden. Obwohl möglich, ist es nicht notwendig, dass die vordere und die hintere Drehmomentanforderung genau zu der integrierten Drehmomentanforderung addiert werden, von der sie ausgehen, da die kombinierten vorderen und hinteren Drehmomentanforderungen größer oder kleiner als die integrierte Drehmomentanforderung sein kann. Der Fachmann erkennt, dass irgendeine Anzahl geeigneter Algorithmen oder Techniken zum Aufteilen oder zuweisen von Drehmoment zwischen den Vorder- und Hinterrädern durch den Schritt 130 verwendet werden kann.
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Der Schritt 140 teilt oder bricht jede der vorderen und hinteren Drehmomentanforderungen in individuelle Drehmomentanforderungen für die rechte und die linke Seite des Fahrzeugs auf. Mit anderen Worten, der Schritt 140 kann zwei Eingänge (vordere und hintere Drehmomentanforderung) empfangen und vier Ausgänge (vordere rechte und vordere linke Drehmomentanforderung sowie hintere rechte und hintere linke Drehmomentanforderung) ausgeben. Die genaue Art dieser Aufteilung oder Zuweisung kann durch viele verschiedene Faktoren einschließlich der Eingänge von den Einheiten 74–78 beeinflusst werden, der Schritt 140 ist jedoch auf keine solche Technik eingeschränkt. Gemäß einer Ausführungsform prüft der Schritt 140, ob irgendwelche speziellen Fahrzeugdynamikzustände wie etwa Radschlupf, Über- oder Untersteuern, blockierende Bremsen und dergleichen vorliegen. Falls das Fahrzeug momentan keinerlei spezielle oder außergewöhnliche Fahrzeugdynamikzustände erfährt (d. h. im Normalbetrieb ist), kann der Schritt 140 sowohl die vordere als auch die hintere Drehmomentanforderung gleichmäßig zwischen der rechten und der linken Seite des Fahrzeugs aufteilen. Falls beispielsweise weder die ABS-Einheit 74 noch die ESC-Einheit 76 noch die TCS-Einheit 78 spezielle Fahrzeugdynamikzustände melden, die Änderungen der Drehmomentverteilung erfordern, kann der Schritt 140 einfach die vorderen und hinteren Drehmomentanforderungen gleichmäßig aufteilen, so dass die vordere rechte und die vordere linke Drehmomentanforderung gleich sind und die hintere rechte und die linke hintere Drehmomentanforderung gleich sind. Falls jedoch spezielle Fahrzeugdynamikzustände detektiert werden, kann der Schritt 140 die Aufteilung oder Zuweisen von Drehmoment zwischen den vorderen und hinteren Rädern und/oder den linken und rechten Rädern ändern, um solche Zustände anzusprechen. Falls beispielsweise die ESC-Einheit 76 angibt, dass ein Übersteuerungs- oder Untersteuerungszustand vorliegt, kann der Schritt 140 das angeforderte Drehmoment zwischen der Vorderachse und der Hinterachse und/oder der linken und der rechten Seite des Fahrzeugs disproportional zuweisen oder einstellen, um diese Situation anzusprechen. In den meisten Fällen weist dieser Schritt jedem Rad oder Ecke des Fahrzeugs eine individuelle Drehmomentanforderung zu.
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Andere Faktoren, Beschränkungen und Zwänge können die Aufteilung oder Zuweisung von Drehmoment in den Schritten 130 und/oder 140 ebenfalls beeinflussen. Beispielsweise können Grenzen bezüglich des Betrags des positiven Drehmoments, das auf jedes Rad und/oder auf jede Achse angewendet werden kann, wegen der physikalischen Zwänge oder Fähigkeiten einiger betroffener Komponenten (z. B. kann jede Motoreinheit und/oder jede Achse eine maximale Drehmomentgrenze haben) gegeben sein. Der Gesamtbetrag der Leistung, der von der Batterie 36 für die verschiedenen Motoreinheiten verfügbar ist, kann den Betrag des positiven Drehmoments, das auf jedes Rad und/oder jede Achse ausgeübt werden kann, ebenfalls begrenzen. Falls umgekehrt die Batterie 36 vollständig oder nahezu vollständig geladen ist, können Grenzen hinsichtlich negativer Drehmomentanforderungen, die ein regeneratives Bremsen umfassen, bestehen. Einige der Zwänge und Beschränkungen, die von den Schritten 130 und/oder 140 betrachtet werden, sind Zwänge ”pro Achse”, während andere Zwänge ”pro Rad” sind. Es ist auch möglich, dass der Schritt 140 eine Art Drehmomentvektorisierung ausführt, wobei Signale von einem Gierratensensor 60, einem Querbeschleunigungssensor 62, einem longitudinalen Sensor 64 und/oder den verschiedenen Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren 26–32 empfangen werden. Der Fachmann erkennt verschiedene Drehmomentvektorisierungstechniken. Diese und andere Eingänge können berücksichtigt werden, wenn eine geeignete Drehmomentverteilung im Fahrzeug bestimmt wird.
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Als Nächstes optimiert der Schritt 150 die individuellen Drehmomentanforderungen, die jedem Rad zugewiesen sind, und kann dies gemäß einer Anzahl verschiedener Ausführungsformen tun. Wie oben erwähnt worden ist, kann es einige spezielle Zustände geben, die die Aufteilung oder Verteilung von Drehmoment im Fahrzeug vorübergehend beeinflussen. Der Schritt 150 verleiht dem vorliegenden Verfahren eine weitere Gelegenheit, dass solche Zustände einen Einfluss auf die Drehmomentverteilung haben, und kann eine Rückkopplungsschleife verwenden, um dies zu erreichen. Beispielsweise können Fahrzeugdynamiksensoreinheiten 74–78 für die Schritte 130 und/oder 140 zusätzlich zu der Gewichtung während des Schrittes 150 eine Rückkopplung des momentanen Status der verschiedenen Fahrzeugdynamikzustände bereitstellen, wie oben beschrieben worden ist. In einer Ausführungsform stellen Fahrzeugdynamik-Sensoreinheiten 74–78 eine Rückkopplung für die Schritte 130 und/oder 140 bereit, um die Drehmomentverteilung auf einer ”Achsenbasis” zu beeinflussen, wobei sie einen Eingang im Schritt 150 bereitstellen, um die Drehmomentverteilung auf einer ”Radbasis” zu beeinflussen. Die Schritte 130–150 können in der Weise entworfen sein, dass sie das Drehmoment nicht präventiv beschränken, bevor ein spezieller Fahrzeugdynamikzustand detektiert wird (z. B. Radschlupf oder Übersteuern), vielmehr korrigieren sie das Drehmoment oder stellen es ein, sobald ein solcher Zustand detektiert worden ist. Die Schritte 130–150 sind nicht nur auf einen Eingang von den Fahrzeugdynamik-Sensoreinheiten 74–78 eingeschränkt, da diese Schritte auch einen Eingang und Ablesungen von anderen Kombinationen von Sensoren 20–32 oder von anderen empfangen und betrachten können und irgendeine geeignete Rückkopplungs- oder Nichtrückkopplungsstruktur, die auf dem Gebiet bekannt ist, verwenden können. In einer möglichen Anordnung optimiert der Schritt 150 die individuellen Drehmomentanforderungen durch Berücksichtigung optimaler regenerativer Brems- und Ladeschemata.
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Nun wird das Beispiel betrachtet, in dem keine der Fahrzeugdynamik-Sensoreinheiten 74–78 irgendeinen speziellen oder außergewöhnlichen Dynamikzustand detektiert, der zu einer Einstellung des Drehmomentverteilungsschemas berechtigt. In einem solchen Fall kann der Schritt 150 einfach die individuellen Drehmomentanforderungen durchlaufen, die er vom vorhergehenden Schritt empfangen hat, ohne sie zu modifizieren. Falls andererseits eine oder mehrere der Fahrzeugdynamik-Sensoreinheiten 74–78 einen solchen Zustand erfassen (z. B. ein Radschlupfereignis), kann die TCS-Einheit 78 für den Schritt 150 eine Rückkopplung bereitstellen, so dass die Drehmomentsteuereinheit 34 die eine oder die mehreren individuellen Drehmomentanforderungen verarbeiten kann und daran Einstellungen vornehmen kann, um das Drehmomentverteilungsschema zu optimieren. Diese optimierten individuellen Drehmomentanforderungen können anschließend verwendet werden, um individuelle Drehmomentbefehle zu erzeugen, wie genauer erläutert wird. Für den Schritt 150 ist es möglich, dass er Änderungen oder Abwandlungen an genau einer der individuellen Drehmomentanforderungen oder an mehr als einer der individuellen Drehmomentanforderungen vornimmt.
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Es sollte erkannt werden, dass die Reihenfolge der Schritte 130–150 geändert werden kann, zusätzliche Schritte aufgenommen werden können oder weniger Schritte kombiniert oder konsolidiert werden können. Beispielsweise könnte der Schritt 140, der Drehmoment auf die linke und die rechte Seite des Fahrzeugs aufteilt, vor dem Schritt 130 ausgeführt werden, der Drehmoment auf die Vorderseite und die Hinterseite des Fahrzeugs aufteilt. Es ist auch möglich, dass die Schritte 130–150 individuelle Drehmomentanforderungen nur für einige der Räder erzeugen (z. B. nur die Vorderräder, nur die Hinterräder, nur die rechten Räder, nur die linken Räder und dergleichen), im Gegensatz zu der Erzeugung solcher Anforderungen für alle vier Räder während der ganzen Zeit.
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Der Schritt 160 verwendet die individuellen Drehmomentanforderungen – unabhängig davon, ob sie im Schritt 150 optimiert wurden –, um individuelle Drehmomentbefehle zu bestimmen, die zu den verschiedenen Rädern oder Ecken des Fahrzeugs geschickt werden können. Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt, dass es notwendig sein könnte, die individuellen Drehmomentanforderungen (die in Einheiten des Drehmoments, als dimensionslose Werte und dergleichen ausgedrückt sein können) in individuelle Drehmomentbefehle umzusetzen, die tatsächlich zu Aktoren wie etwa Bremseinheiten 40–46 oder Motoreinheiten 50–56 geschickt werden können und diese veranlassen können, entsprechend zu arbeiten. Beispielsweise können die Bremseinheiten 40–46 elektronische Bremssättel enthalten, die Befehlssignale erfordern, die auf bestimmte Weise formatiert sind. Somit kann der Schritt 160 individuelle Drehmomentanforderungen, die ein negatives Vorzeichen besitzen (Bremsanforderung), in geeignet formatierte individuelle Drehmomentanforderungen umsetzen oder übersetzen, die dann zu einer oder mehreren der Bremseinheiten 40–46 geschickt werden können. Ebenso kann der Schritt 160 individuelle Drehmomentanforderungen, die positiv sind (Beschleunigungsanforderungen), in individuelle Drehmomentanforderungen umsetzen, die für die Verwendung mit Motoreinheiten 50–56 geeignet formatiert sind. Das Vorzeichen oder die Polarität der individuellen Drehmomentanforderungen kann den Umsetzungsprozess im Schritt 160 beeinflussen, da Bremseinheiten 40–46 und Motoreinheiten 50–56 Befehlssignale erfordern könnten, die auf unterschiedliche Weisen formatiert sind. Die genaue Art und Weise, in der diese Umsetzung erfolgt, kann variieren, da der Schritt 160 nicht auf irgendeine Technik, irgendein Protokoll, irgendein Format und dergleichen eingeschränkt ist.
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Der Ausdruck ”Verwenden der integrierten Drehmomentanforderung, um einen oder mehrere individuelle Drehmomentbefehle zu bestimmen”, der hier verwendet wird, umfasst im weiten Sinn alle oben erwähnten verschiedenen Ausführungsformen sowie jedes andere geeignete Verfahren, das direkt oder indirekt eine integrierte Drehmomentanforderung irgendwo in der Berechnung, Erzeugung oder Bestimmung eines individuellen Drehmomentbefehls verwendet. Zur Veranschaulichung verwendet das beispielhafte Verfahren 100 ”die integrierte Drehmomentanforderung, um individuelle Drehmomentbefehle zu bestimmen” durch: erstens Aufteilen der integrierten Drehmomentanforderung in vordere und hintere Drehmomentanforderungen (Schritt 130); dann durch Aufteilen der vorderen und hinteren Drehmomentanforderungen in vier getrennte individuelle Drehmomentanforderungen (Schritt 140); durch Optimieren der vier individuellen Drehmomentanforderungen, um bestimmte Fahrzeugdynamikzustände zu berücksichtigen (Schritt 150); bevor die individuellen Drehmomentanforderungen in individuelle Drehmomentbefehle umgesetzt werden, die zu Bremseinheiten 40–46 und/oder zu Motoreinheiten 50–56 geschickt werden können (Schritt 160). Es ist jedoch für das vorliegende Verfahren nicht notwendig oder erforderlich, diesen vierfachen Prozess zu verwenden, da das Verfahren ”die integrierte Drehmomentanforderung für die Bestimmung der individuellen Drehmomentbefehle” auf andere Weisen verwenden könnte. Beispielsweise könnten einer oder mehrere der Zwischenschritte 130–160 weggelassen oder kombiniert werden, könnten zusätzliche Schritte in den Prozess eingefügt werden oder könnte die im Schritt 120 bestimmte integrierte Drehmomentanforderung direkt verwendet werden, um einen oder mehrere individuelle Drehmomentbefehle zu bestimmen, um nur einige Möglichkeiten zu erwähnen. Daher kann die integrierte Drehmomentanforderung bei der Bestimmung der individuellen Drehmomentbefehle direkt oder indirekt verwendet werden.
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Wenn wieder die Schritte 130–160 betrachtet werden, so können die verschiedenen Prozesse, Berechnungen, Bewertungen, Bestimmungen und dergleichen, die in diesen Schritten verwendet werden, in einer einzigen Drehmomentsteuereinheit 34 ausgeführt werden. Genauer können einige der elektronischen Anweisungen für die Ausführung dieser Schritte in einer elektronischen Speichervorrichtung 70 oder irgendwo in der Drehmomentsteuereinheit 34 vorhanden sein, ferner kann die Hardware für die Ausführung solcher elektronischer Anweisungen eine elektronische Verarbeitungsvorrichtung 72 oder irgendeine andere Komponente in der Drehmomentsteuereinheit sein. Dieser Typ einer integrierten oder vereinfachten Architektur unterscheidet sich geringfügig von herkömmlich entworfenen Fahrzeugen, in denen die verschiedenen Fahrzeugdynamiksensoreinheiten und Systeme getrennt und unabhängig von der Zentraleinheit oder dem Zentralmodul sind. In einigen herkömmlich entworfenen Fahrzeugen arbeiten die verschiedenen Fahrzeugdynamik-Sensoreinheiten (z. B. ABS-Einheiten, ESC-Einheiten, TCS-Einheiten und dergleichen) auf einer Interrupt-Basis, wo sie zeitweise die Steuerung bestimmter Aspekte der Drehmomentverteilung innerhalb des Fahrzeugs übernehmen, wenn bestimmte spezielle Dynamikzustände vorliegen (z. B. blockierende Bremsen, Über- oder Untersteuern, Radschlupf und dergleichen), was im Gegensatz zu der Bereitstellung eines Eingangs für eine zentrale Drehmomentsteuereinheit steht, die einen solchen Eingang integriert und berücksichtigt, bevor sie den Gesamtdrehmomentbefehl bereitstellt.
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Schließlich steuert der Schritt 170 ein oder mehrere Räder des Fahrzeugs mit den individuellen Drehmomentbefehlen. In einer Ausführungsform steuert der Schritt 170 die vier Räder oder Ecken des Fahrzeugs mit vier getrennten individuellen Drehmomentbefehlen, dies ist jedoch nicht notwendig. Es ist möglich, alle vier Räder mit weniger als vier individuellen Drehmomentbefehlen zu steuern (z. B. mit einem, zwei oder drei Befehlssignalen) oder weniger als vier Räder zu steuern (z. B. im Fall einer Drehmomentanforderung mit positiven Vorzeichen und einem nicht angetriebenen Rad). Die Drehmomentsteuereinheit 34 kann einen oder mehrere individuelle Drehmomentbefehle zu Aktoren oder anderen Komponenten, die Bremseinheiten 40–46 und/oder Motoreinheiten 50–56 zugeordnet ist, schicken, so dass sie ein negatives Drehmoment an ihre zugeordneten Räder anlegen können, um das Fahrzeug unter Verwendung eines reibungstechnischen und/oder regenerativen Bremsens zu verlangsamen, alternativ kann die Drehmomentsteuereinheit 34 einen oder mehrere individuelle Drehmomentbefehle zu Aktoren oder anderen Komponenten, die Motoreinheiten 50–56 zugeordnet sind, schicken, so dass sie ein positives Drehmoment an ihre zugeordneten Räder anlegen können und das Fahrzeug beschleunigen. Selbstverständlich ist es nicht notwendig, dass das vorliegende Verfahren mit einem Fahrzeug mit vier Rädern verwendet wird, da es auch in Verbindung mit Motorrädern, Geländefahrzeugen sowie mit irgendwelchen anderen Fahrzeugen, die nicht vier Räder haben, verwendet werden könnte.
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Selbstverständlich ist die vorangehende Beschreibung keine Definition der Erfindung, sondern eine Beschreibung einer oder mehrerer bevorzugter beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung. Die Erfindung ist nicht auf die hier offenbarten besonderen Ausführungsformen eingeschränkt, sondern eher allein durch die folgenden Ansprüche definiert. Ferner beziehen sich die in der vorangehenden Beschreibung enthaltenen Angaben auf besondere Ausführungsformen und sollen nicht als Beschränkungen des Schutzbereichs der Erfindung oder der Definition der in den Ansprüchen verwendeten Ausdrücke angesehen werden, es sei denn, dass ein Ausdruck oder eine Phrase oben ausdrücklich definiert ist. Dem Fachmann auf dem Gebiet werden verschiedene andere Ausführungsformen und verschiedene Änderungen und Abwandlungen an den offenbarten Ausführungsformen deutlich werden. Beispielsweise stellen die spezifische Kombination und die Reihenfolge von Schritten in dem beispielhaften Verfahren nur eine Möglichkeit dar, da das vorliegende Verfahren eine Kombination von Schritten enthalten kann, die weniger, mehr oder andere Schritte als die hier Gezeigten enthalten kann. Alle solchen anderen Ausführungsformen, Änderungen und Abwandlungen sollen im Schutzbereich der beigefügten Ansprüche liegen.
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Wie in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet, sollen die Ausdrücke ”zum Beispiel”, ”z. B.”, ”beispielsweise”, ”wie etwa”” und ”ebenso wie” sowie die Verben ”umfassen”, ”besitzen”, ”enthalten” und ihre anderen Verbformen, wenn sie in Verbindung mit einer Aufzählung einer oder mehrerer Komponenten oder anderer Elemente verwendet werden, jeweils mit offenem Ende verstanden werden, was bedeutet, dass die Aufzählung nicht so verstanden werden sollte, dass andere zusätzliche Komponenten oder Elemente ausgeschlossen sind. Andere Ausdrücke sollen unter Verwendung ihrer weitesten vernünftigen Bedeutung verstanden werden, sofern sie nicht in einem Zusammenhang verwendet werden, der eine andere Interpretation erfordert.
