DE102012206065A1

DE102012206065A1 - Belastungsschutzkonzept für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102012206065A1
Application number: DE201210206065
Authority: DE
Inventors: Hans-Hermann Braess
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2013-10-17
Anticipated expiration: 2032-04-14
Also published as: DE102012206065B4

Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen Belastungsschutzkonzept für Kraftfahrzeuge sind erstens mechanische Komponenten für einen Normalmodus ausgelegt und zweitens über einen Normalmodus hinausgehende definierte Belastungskombinationen in einer elektronischen Steuereinheit abgespeichert, deren Vorliegen durch Abfrage von die Belastungskombinationen beschreibenden und von der Steuereinheit erfassten Parametern erkennbar ist. Dabei ist jeder Belastungskombination ein belastungsreduzierender Maßnahmenkomplex zugeordnet, der jeweils durch steuerungstechnische Eingriffe in im Fahrzeug vorhandene Steuersysteme in einem vom Normalmodus der Steuersysteme abweichenden Schutzmodus durchführbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Belastungsschutzkonzept für Kraftfahrzeuge.
Es sind einzelne einfache Belastungsschutzmaßnahmen für Kraftfahrzeuge bekannt, wie beispielsweise das Abregeln der Motorleistung oder eine Rückschaltverhinderung bei Automatikgetrieben zum Schutz vor einem Überdrehen des Antriebsmotors oder von Getriebekomponenten.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Belastungsschutzkonzept für Kraftfahrzeuge hinsichtlich Gewichtsreduzierung bei gleichzeitigem Bauteileschutz zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Bei dem erfindungsgemäßen Belastungsschutzkonzept für Kraftfahrzeuge sind erstens mechanische Komponenten für einen Normalmodus ausgelegt und zweitens über einen Normalmodus hinausgehende definierte Belastungskombinationen in einer elektronischen Steuereinheit abgespeichert, deren Vorliegen durch Abfrage von die Belastungskombinationen beschreibenden von der Steuereinheit erfassten Parametern (z. B. Sensorsignale oder Informationen über Datenbusse) erkennbar ist. Die Belastungskombinationen können beispielsweise empirisch oder durch Simulationsverfahren ermittelt werden. Dabei ist jeder Belastungskombination ein belastungsreduzierender Maßnahmenkomplex zugeordnet, der jeweils durch steuerungstechnische Eingriffe in im Fahrzeug vorhandene Steuersysteme in einem vom Normalmodus der Steuersysteme abweichenden Schutzmodus durchführbar ist.
Durch die Erfindung können leichtere und kleinere Komponenten verbaut werden, die anderenfalls für höhere Belastungen über den Normalmodus hinaus bezogen auf den Normalmodus überdimensioniert werden müssten.
Der Erfindung liegen folgende Überlegungen, Erkenntnisse und Ideen zugrunde:
In den letzten Jahrzehnten sind die Gewichte fast aller Fahrzeuge, vor allem infolge steigender Ansprüche von Kunden, Märkten und Gesetzgebern, bekanntlich deutlich angestiegen. Damit zusammenhängend haben insbesondere Energie-Verfügbarkeiten und Umweltanforderungen das Thema Leichtbau zu einer Megaaufgabe der gesamten Automobilindustrie werden lassen. System- und komponentenspezifisch wurden durch konstruktive und werkstoffliche Entwicklungen schon große Erfolge erzielt, ebenso durch konzeptionelle Maßnahmen im Gesamtfahrzeug. Durch die Zunahme an neuen Systemen und Komponenten wurden diese Fortschritte jedoch kompensiert.
Moderne Fahrzeuge müssen, nicht zuletzt im Hinblick auf den Einsatz in Exportländern, so ausgelegt werden, dass sie auch seltene sowie extreme Belastungen und Belastungskombinationen bis hin zum Missbrauch aushalten können. Zu den bekanntesten Beispielen gehören:

• Vollgas bei sehr hoher Außentemperatur bei längerer Bergfahrt ggf. mit Anhänger oder hohe Zuladung (bis Überladung)
• Schnelle Fahrt auf sehr unebener Fahrbahn
• Dauerbremsung bei schneller Talfahrt mit hoher Zuladung und Anhänger
• Überbeanspruchung festigkeits- und verschleißrelevanter Komponenten durch Missbrauch

Die mechanische Erfüllung solcher Anforderungen ist zumeist mit zusätzlichem Aufwand und dadurch Mehrgewicht und Zusatz-Bauraumbedarf verbunden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, durch Vermeidung oder Abmilderung seltener hoher Belastungen und Belastungskombinationen ein über die bekannten Leichtbaustrategien hinausgehendes Potenzial erschließen zu können.
Dieses Ziel soll durch situationsabhängige steuerungs- und regeltechnische Mittel erreicht werden, wobei jeweils mehrere Bereiche eines Fahrzeugs betroffen sind und/oder einbezogen werden können.
Das daraus resultierende Aufgabenpaket wird an folgenden Ausführungsbeispielen erläutert:

• Vermeidung unzulässig hoher Temperaturen an besonders empfindlichen Komponenten, mit dem Ziel, Hitzeschutzmaßnahmen (Zusatzgewichte, Bauraumbedarf, ...) auf ein Minimum beschränken zu können.
• Vermeidung extrem hoher mechanischer Belastungen an Komponenten infolge interner Funktionsabläufe oder besonderer Bedienungsmerkmale des Fahrers (oder der Passagiere), mit dem Ziel, Überdimensionierungen oder besondere Schutzmaßnahmen vermeiden zu können.
• Vermeidung extrem hoher mechanischer Belastungen an Komponenten infolge äußerer Einflüsse, ebenfalls mit dem Ziel, Überdimensionierungen oder besondere Schutzmaßnahmen vermeiden zu können.
• Vermeidung unzulässig hoher Belastungs- und Verschleißwerte sowie unsicheren Fahrverhaltens durch Bedienungsfehler.

Folgende Situationsbeispiele sollen zeigen, wie die Ziele durch Steuerung/Regelung erreicht werden können:
Beispiel 1 einer Belastungskombination:
Bergfahrt bei hoher Außentemperatur, hoher Zuladung sowie mit Anhänger erfordert hohen Kühlungsbedarf des Motors, sämtlicher Triebstrangkomponenten sowie aller weiteren temperaturkritischen Bauteile:
Dazu wird beispielsweise folgender Maßnahmenkomplex vorgeschlagen:
Wechsel des Getriebeganges (bei Automatikgetrieben) in einen Motor-Kennfeldpunkt der geringsten Verlustwärme, wenn nötig Begrenzung der Motorleistung (kurzzeitige Ausnahme: Umfelderkennung erkennt Überholmanöver);
zusätzliche Abschaltung aller nicht direkt zum Fahrvorgang benötigten verlustleistungsbehafteten Systeme wie Klimaanlage oder elektronischer Systeme.
Sonderfall offenes Cabrio: Teil der Motorwärme kann über die Heizung ohne direkte Anblasung der Passagiere nach außen abgeführt werden.
Beispiel 2 einer Belastungskombination: Fahrt auf sehr schlechter Fahrbahn und voller Zuladung:
Dazu wird beispielsweise folgender Maßnahmenkomplex vorgeschlagen:
Reduzierung der Fahrgeschwindigkeit und der Querbeschleunigung zur Vermeidung starker Radfederbewegungen und des Durchschlagens der Federung. Bei Fahrzeugen mit adaptiver Federung/Dämpfung/variablen Stabilisatoren, Reifendruckregelung sowie variablen Fahrwerks- und Aggregatlagern Einstellung aller Komponenten auf betriebsfestigkeitsminimierende Wirkungen (Schutzmodus), auch wenn das zum Nachteil von Fahrdynamik und Schwingungs-/Geräuschkomfort gehen sollte (abweichend vom Normalmodus).
Spezialfall Cabrio: Cabrios erfordern hohes Zusatzgewicht für Karosserie-Versteifungen und Sicherheitsmaßnahmen. Hier soll ein schon vorhandenes variables System in seiner Funktion so erweitert werden, dass es zeitweise auch zur Torsionsversteifung herangezogen werden kann. Gedacht ist zunächst an den automatischen Überrollbügel, der hierfür in geeigneter Weise konstruktiv ausgeführt werden muss.
Spezialfall Hybridantrieb: Hier wird vorzugsweise der Elektromotor (bei Anordnung der Drehachse in Fahrzeuglängsachse) zur Dämpfung der Torsionsschwingung der Karosserie herangezogen: Dem Elektromotor wird mittels des elektronischen Steuersystems ein pulsierendes Drehmoment in der Frequenz der Torsionsbewegung, gegenphasig zur Karosseriebewegung überlagert (Auslösesignal: Karosseriebewegung). Falls vorhanden, soll die gesteuerte Aggregatlagerung in die Gesamtfunktion einbezogen werden.
Beispiel 3 einer Belastungskombination:
Fahrzeug fährt unsachgemäß bei hoher Temperatur mit zu wenig Betriebsmittel (Kühlwasser, Motoröl und/oder Getriebeöl) oder bei vorgeschädigten Fahrwerkskomponenten:
Dazu wird beispielsweise folgender Maßnahmenkomplex vorgeschlagen:
Erhebliche Reduzierung von Motorleistung und Fahrgeschwindigkeit
Die Erkennung eines unsachgemäßen Fahrens ist beispielsweise über nicht ordnungsgemäßes Fahrverhalten und/oder über Signale des Funktionszustandes der Komponenten möglich.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt einen schematischen Überblick über den Steuerungsanteil des erfindungsgemäßen Gesamtkonzepts.
Die Figur zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit hier nicht näher dargestellten mechanischen Komponenten, die für einen Normalmodus ausgelegt sind. Hierdurch können leichtere und kleinere Komponenten verbaut werden, die anderenfalls für höhere Belastungen über den Normalmodus hinaus bezogen auf den Normalmodus überdimensioniert werden müssten.
Das Kraftfahrzeug 1 weist mindestens eine elektronische Steuereinheit 2 auf, in der – in diesem Ausführungsbeispiel drei – über einen Normalmodus hinausgehende empirisch ermittelte Belastungskombinationen B1, B2 und B3 abgespeichert sind, deren Vorliegen für die Steuereinheit 2 durch Abfrage von die Belastungskombinationen beschreibenden Parametern erkennbar ist. Derartige Parameter sind beispielweise die Antriebsmotordrehzahl n, das Antriebsmotormoment M, die Fahrzeuggeschwindigkeit v, die Fahrpedalstellung F, die Bremspedalbetätigung B, der eingelegte Gang G, der Anhängerbetrieb A, der Lenkwinkel L, die Kühlmitteltemperatur K, die Außentemperatur T, der Motorölstand S und der Reifendruck p. Diese Parameter werden von der Steuereinheit 2 beispielsweise in Form von Sensorsignalen oder in Form von Datenbus-Informationen erfasst.
Jeder Belastungskombination B1 bis B3 ist ein belastungsreduzierender Maßnahmenkomplex M1 bis M3 zugeordnet, der jeweils durch steuerungstechnische Eingriffe in im Fahrzeug vorhandene elektronische Steuersysteme 3 bis 6 in einem vom Normalmodus der Steuersysteme abweichenden Schutzmodus durchführbar ist. Das Steuersystem 3 kann beispielsweise einem Antriebsmotor (Elektromotor oder Verbrennungsmotor) oder einem Hybridantrieb zugeordnet sein. Das Steuersystem 4 kann beispielsweise einem Automatikgetriebe zugeordnet sein. Das Steuersystem 5 kann beispielsweise Fahrwerkskomponenten, wie Federung, Dämpfung, Stabilisatoren, Lenkung und Bremsung, zugeordnet sein. Das Steuersystem 6 kann beispielsweise Bordnetzverbrauchern zugeordnet sein. Die Steuereinheit 2 kann auch in einem der Steuersysteme 3 bis 6 als Programmmodul eines elektronischen Steuergerätes integriert sein.
Ein belastungsreduzierender Maßnahmenkomplex M1, M2 oder M3 ist durch steuerungstechnische Eingriffe in schwingungsreduzierender, leistungsreduzierender, drehzahlreduzierender, geschwindigkeitsreduzierender und/oder temperaturreduzierender Weise durchführbar.
Hierzu einige besonders vorteilhafte Beispiele:
In der Steuereinheit 2 ist beispielsweise eine erste Belastungskombination B1 in Form eine Bergfahrt bei hoher Außentemperatur mit hoher Zuladung oder mit Anhängerbetrieb hinterlegt, der ein erster Maßnahmenkomplex M1 zugeordnet ist. Der Maßnahmenkomplex M1 ist hier eine Antriebsleistungsreduzierung durch Eingriff in das Steuersystem 3 des Antriebsmotors und durch Eingriff in das Steuersystem 4 eines Getriebes beispielsweise durch Motormomentreduzierung und Gangwechsel. Zusätzlich werden vorzugsweise antriebsmotorbelastende Komponenten, wie Klimakompressor oder andere Bordnetzverbraucher, durch Eingriff in das Steuersystem 6 abgeschaltet.
In der Steuereinheit 2 ist beispielsweise eine zweite Belastungskombination B2 in Form einer Fahrt bei schlechter Fahrbahn mit hoher Zuladung oder mit Anhängerbetrieb hinterlegt, der ein zweiter Maßnahmenkomplex M2 zugeordnet ist. Der Maßnahmenkomplex M2 ist hier eine Geschwindigkeitsreduzierung durch Eingriff in das Steuersystem 3 des Antriebsmotors und ein schwingungsreduzierender Eingriff in das Steuersystem 5 der variablen Fahrwerkskomponente (Federung und/oder Dämpfung).
In der Steuereinheit 2 ist beispielsweise eine dritte Belastungskombination B3 in Form einer Fahrt bei unsachgemäßer Bedienung mit gleichzeitiger Komponenten-Grenzsituation (mechanische Vorschädigung oder Kühlwassermangel oder Ölmangel) hinterlegt, der ein dritter Maßnahmenkomplex M3 zugeordnet ist. Der dritte Maßnahmenkomplex M3 ist beispielsweise eine Geschwindigkeitsreduzierung und eine Drehzahlreduzierung durch Eingriff in das Steuersystem 3 des Antriebsmotors und gegebenenfalls ein bremsender Eingriff in das Steuersystem 5 der Fahrwerkskomponenten (hier Bremse).

Claims

Belastungsschutzkonzept für Kraftfahrzeuge, bei dem mechanische Komponenten für einen Normalmodus ausgelegt sind und bei dem über einen Normalmodus hinausgehende definierte Belastungskombinationen (B1, B2, B3) in einer elektronischen Steuereinheit (2) abgespeichert sind und deren Vorliegen durch Abfrage von die Belastungskombinationen (B1, B2, B3) beschreibenden und von der Steuereinheit (2) erfassten Parametern (n, M, v, T, S, p, F, B, G, A, L, K) erkennbar ist, wobei jeder Belastungskombination (B1, B2, B3) ein belastungsreduzierender Maßnahmenkomplex (M1, M2, M3) zugeordnet ist, der jeweils durch steuerungstechnische Eingriffe in im Fahrzeug (1) vorhandene Steuersysteme (3, 4, 5, 6) in einem vom Normalmodus der Steuersysteme (3, 4, 5, 6) abweichenden Schutzmodus durchführbar ist.
Belastungsschutzkonzept nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein belastungsreduzierender Maßnahmenkomplex (M1, M2, M3) durch steuerungstechnische Eingriffe in schwingungsreduzierender, leistungsreduzierender, drehzahlreduzierender, geschwindigkeitsreduzierender und/oder temperaturreduzierender Weise durchführbar ist.
Belastungsschutzkonzept nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Belastungskombination (B1) zumindest eine Bergfahrt bei hoher Außentemperatur ist, der ein erster Maßnahmenkomplex (M1) zumindest mit Antriebsleistungsreduzierung durch Eingriff in das Steuersystem (3) eines Antriebsmotors und mit einem Gangwechsel durch Eingriff in das Steuersystem (4) eines Getriebes zugeordnet ist.
Belastungsschutzkonzept nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Belastungskombination (B2) zumindest eine Fahrt bei schlechter Fahrbahn mit hoher Zuladung oder mit Anhängerbetrieb ist, der ein zweiter Maßnahmenkomplex (M2) zumindest mit Geschwindigkeitsreduzierung durch Eingriff in das Steuersystem (3, 4) des Antriebsmotors und/oder des Getriebes und mit schwingungsreduzierendem Eingriff in das Steuersystem (5) einer Fahrwerkskomponente und/oder in das Steuersystem (3) des Antriebsmotors zugeordnet ist.
Belastungsschutzkonzept nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Belastungskombination (B3) zumindest eine Fahrt bei unsachgemäßer Bedienung mit gleichzeitiger Komponenten-Grenzsituation ist, der ein dritter Maßnahmenkomplex (M3) zumindest mit Geschwindigkeits-, Drehzahl- und/oder Drehmomentreduzierung durch Eingriff in das Steuersystem (3, 4, 5) des Antriebsmotors und/oder des Getriebes und/oder einer bremsenden Fahrwerkskomponente zugeordnet ist.