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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Triebstrangs für einen allradbetreibbaren Kraftwagen, welcher einen ersten Teiltriebstrang mit einer ersten Antriebsachse und einen zweiten Teiltriebstrang mit einer zweiten Antriebsachse, welche mechanisch voneinander entkoppelt sind, umfasst. Zu der Erfindung gehört auch ein Triebstrang für einen allradbetreibbaren Kraftwagen, welcher zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt ist.
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Bei Kraftwagen mit Automatikgetrieben ist üblicherweise zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Automatikgetriebeeingang ein hydrodynamischer Drehmomentwandler angeordnet. Der auch als Trilok-Wandler bezeichnete Drehmomentwandler wird dabei als Anfahrelement, also zum Bewegen des Kraftwagens durch Schalten des Wählhebels des Automatikgetriebes auf „D” (Drive-Position) und Lösen sämtlicher Bremseinrichtungen, wie beispielsweise der Betriebsbremse oder der Feststellbremse. So tritt im Trilok-Wandler bei laufendem Motor und eingelegter „D-Position” des Automatikgetriebes aufgrund der fluidischen Kopplung eines mit dem Motor mechanisch gekoppelten Pumpenrads des Trilok-Wandlers und eines mit dem Automatikgetriebe mechanisch gekoppelten Turbinenrades des Trilok-Wandlers ein entsprechender Schlupf auf, welcher bei entsprechendem Energieverbrauch zu einem Aufbau eines Kriechmoments führt. Dieses Kriechmoment bewirkt, dass der laufende Verbrennungsmotor auch bei eingelegter „D-Position” des Automatikgetriebes und betätigter Bremse selbst im Stillstand eine für den ruhigen Lauf des Verbrennungsmotors erforderliche, minimale Betriebsdrehzahl nicht unterschreitet und dementsprechend durch den Fahrer nicht „abgewürgt” werden kann. Wird die Bremse in diesem Zustand gelöst, jedoch nicht das Fahrpedal betätigt, so beschleunigt der Kraftwagen bis zum Erreichen einer als maximale Kriechgeschwindigkeit bezeichneten Rollgeschwindigkeit, welche im Schrittgeschwindigkeitsbereich liegt.
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Sowohl bei einem derartigen, konventionellen Antrieb, als auch bei Parallel-Hybridantrieben mit Reibkupplung und Automatikgetriebe wird das zum Anfahren des Kraftwagens benötigte Kriechmoment bzw. Ankriechmoment der jeweiligen mechanisch angebundenen Achsen durch ein entsprechendes Getriebesteuergerät berechnet und gestellt. Der jeweilige Motor (Verbrennungskraftmaschine bzw. E-Motor) stellt das zu übertragende Moment bereit, während das Ankriechmoment durch Einstellen eines Kupplungsdrucks einer schleifenden Kupplung übertragen wird. Da bei einem rein elektrischen Antrieb üblicherweise keine derartige Kupplung eingesetzt wird, wird das benötigte Ankriechmoment bei für die Kriechgeschwindigkeit benötigter, entsprechend niedriger Motordrehzahl eines E-Motors bereitgestellt. Vor allem bei einer Momentenanforderung bei niedriger Motordrehzahl erfolgt jedoch eine starke Wärmeentwicklung am entsprechenden E-Motor, welche mit entsprechend hohen Verlusten einhergeht.
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Als Beispiel für die Umsetzung eines jeweiligen Kriechmoments in einem Kraftfahrzeug mit einem Motor und einem Getriebe ist der
WO 03/002368 A1 zu entnehmen, dass durch ein Zusammenwirken eines dortigen Motorsteuergeräts und eines Getriebesteuergeräts ein jeweiliges Soll-Radmoment an eine angetriebene Achse derart vorgegeben wird, dass zunächst eine Zielgeschwindigkeit erreicht wird und anschließend das Kraftfahrzeug in einem vorgegebenen Geschwindigkeitsbereich um die Zielgeschwindigkeit gehalten wird.
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Bei Kraftfahrzeugen bzw. Kraftwagen mit voneinander unabhängig angetriebenen Antriebsachsen jeweiliger Teiltriebstränge, welche also mechanisch voneinander entkoppelt sind, steigt jedoch die Komplexität der Regelstrategie zur Vorgabe eines Kriechmoments des Kraftwagens vor allem dann an, wenn die jeweiligen Kriechmomente unabhängig von einer jeweiligen Achsverteilung auf die Antriebsachsen derart verteilt werden sollen, dass Änderungen der Verteilung auch im dynamischen Fahrbetrieb durch die Fahrzeuginsassen nicht wahrnehmbar sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Triebstrangs für einen allradbetreibbaren Kraftwagen zu schaffen, mittels welchem eine beliebige Achsverteilung bei gleichzeitig komfortabler Aufteilung von für einen Kriechvorgang benötigten Antriebsmomenten umgesetzt wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 sowie einen Triebstrang gemäß Patentanspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Triebstrangs der eingangs beschriebenen Art werden jeweilige Parameter der beiden Teiltriebstränge mittels eines mit beiden Teiltriebsträngen verbundenen, zentralen Steuergeräts erfasst. Des Weiteren erfolgt eine Erfassung eines Restriktionsdatensatzes, welcher technische Grenzen umfasst. Diese technischen Grenzen betreffen beispielsweise eine Gradientenbegrenzung und/oder wenigstens ein Grenzkriechmoment von wenigstens einem der Triebstränge. Der Restriktionsdatensatz wird von einem Getriebesteuergerät an das zentrale Steuergerät übermittelt. Mittels des zentralen Steuergeräts wird ein zum Antreiben des Kraftwagens erwünschtes Gesamtradmoment bestimmt und auf die beiden Antriebsachsen unter Heranziehen sowohl des Restriktionsdatensatzes als auch der jeweiligen Parameter der Teiltriebstränge bei gleichzeitiger Momentenbeaufschlagung der Antriebsachsen verteilt. Die eben beschriebenen Merkmale des Verfahrens können erfindungsgemäß auch in einer anderen Reihenfolge bzw. parallel durchgeführt werden.
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Gerade mechanisch voneinander entkoppelte und somit unabhängig voneinander ansteuerbare Antriebsachsen jeweiliger Teiltriebstränge können durch das erfindungsgemäße Verfahren besonders komfortabel mit einem zum Antreiben des Kraftwagens erforderlichen jeweiligen Drehmoment beaufschlagt werden. Wenn beispielsweise der erste Teiltriebstrang durch einen Hybridantrieb bestehend aus einer Verbrennungskraftmaschine und einem E-Motor (Elektromotor) angetrieben wird und der zweite Teiltriebstrang rein elektrisch, also von einem zentralen Elektromotor oder als Radnabenmotoren ausgeführten und dementsprechend direkt den Rädern der Antriebsachse zugeordneten E-Motoren angetrieben wird, kommt es vor allem beim Anfahrvorgang des Kraftwagens, also wenn es darum geht ein entsprechend geringes Gesamtradmoment in Form eines Kriechmoments auf die jeweiligen unabhängigen Antriebsachsen zu verteilen, zu unkomfortablen und dementsprechend unerwünschten Schwingungen zwischen den jeweiligen Teiltriebsträngen, sofern diese separat voneinander, also durch ein dem jeweiligen Teiltriebstrang zugeordnetes Steuergerät geregelt werden. Um dies zu unterbinden, wird nun erfindungsgemäß in dem zentralen Steuergerät basierend auf jeweiligen Parametern der beiden Teiltriebstränge sowie auf einem Restriktionsdatensatz, welcher wenigstens eine Gradientenbegrenzung und wenigstens ein Grenzkriechmoment als jeweilige technische Grenze und somit als Randbedingung umfasst, eine zentrale Regelung einer Verteilung des Gesamtradmoments auf die Teiltriebstränge durchgeführt. Die unabhängigen Antriebsachsen werden demzufolge also angesteuert, wobei die Regelung der Momentenverteilung durch das zentrale Steuergerät erfolgt. Unterschiedliche Fahrsituationen erfordern zudem eine beliebig einstellbare Achsverteilung, welche durch das erfindungsgemäße Verfahren besonders exakt auch bei dynamischem Betrieb eingehalten werden kann. So kann es zum Beispiel aus Gründen der Fahrdynamik (μ-Split bzw. glattem Untergrund) erforderlich sein, eine 50%–50% Achsverteilung, also eine gleichmäßige Momentenverteilung auf die Antriebsachsen vorzunehmen, um einen möglichst optimalen Vortrieb zu gewährleisten. Gilt es hingegen beispielsweise den Kraftwagen bei niedrigem Kraftstoffvorrat oder im CO2-optimalen Betrieb zu bewegen, so wird der Kraftwagen tendenziell zu 100% von der rein elektrisch angetriebenen Antriebsachse bewegt. Sobald es erforderlich ist, den Kraftwagen aus dem Stillstand anzufahren (Ankriechen), wobei beide Antriebsachsen bei beliebiger Achsverteilung mit einem jeweiligen Ankriechmoment (Kriechmoment) beaufschlagt werden sollen, ergeben sich aus einer Verwendung zweier unabhängiger, aus dem Stand der Technik bekannten Regler, welche jeweils einer der Antriebsachsen zugeordnet sind verschiedene Probleme, welche durch die erfindungsgemäße Verwendung eines zentralen Steuergeräts besonders aufwandsarm gelöst werden können. Aufgrund der unterschiedlichen Betriebscharakteristik der beiden Antriebsachsen, insbesondere wenn an einer der Antriebsachsen ein Verbrennungsmotor und an der anderen Antriebsachse ein E-Motor eingesetzt wird, würden sich die aus dem Stand der Technik bekannten beiden Regler bei der Fahrzeugbeschleunigung beeinflussen und sich gegenseitig aufschwingen. Des Weiteren ist es nicht möglich, die genaue Achsverteilung basierend auf den Reglermomenten einzuhalten, da es bei der Regelung stets zu einem Schwingen eines Istwertes um einen vorgegebenen Sollwert kommt. Werden also beide Antriebsachsen voneinander unabhängig durch ein jeweiliges, den jeweiligen Antriebsachsen zugeordnetes Steuergerät geregelt, besteht die Gefahr, dass sich die beiden unabhängigen Regler gegenseitig aufschwingen und beeinflussen, wodurch es zu für die Fahrzeuginsassen unkomfortablen Schwingungen im gesamten Triebstrang kommen kann. Demzufolge ist eine exakte Achsverteilung auch dann nicht durch eine Einzelregelung der beiden Antriebsachsen aufrechtzuerhalten, wenn nur eine der Antriebsachsen durch den ihr zugeordneten Regler geregelt würde und die andere der Antriebsachsen gesteuert würde. Durch die Koordination und Vorgabe des Gesamtradmoments mit Verteilung auf die voneinander entkoppelten und somit unabhängig angesteuerten Antriebsachsen in dem zentralen Steuergerät ist jedoch eine genaue Umsetzung des erwünschten Gesamtradmoments sowie dessen Verteilung unter genauer Einhaltung einer beliebigen erwünschten Achsverteilung zwischen den Antriebsachsen innerhalb der möglichen Wirkbereiche der jeweiligen Aggregate (Getriebe, E-Motor, Verbrennungsmotor) möglich, wobei der das Getriebe betreffende Restriktionsdatensatz durch das Getriebesteuergerät an das zentrale Steuergerät übermittelt wird. Dabei werden Schwingungen des Triebstranges besonders wirksam unterbunden, da eine gegenseitige Reglerbeeinflussung in Form eines gegenseitigen Aufschwingens von Reglern ausgeschlossen wird. Anders als aus dem Stand der Technik bekannt entstehen auch keine zusätzlichen Signale bzw. Übertragungswege, wodurch CAN-Verzugszeiten vermieden werden, da die getriebeseitigen Begrenzungen (in Form des Restriktionsdatensatzes) permanent an das zentrale Steuergerät übermittelt werden und somit permanent als Eingangsgröße vorliegen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Gesamtradmoment zum Antreiben wenigstens eines der Teiltriebstränge jeweilige Kriechmomente, durch welche wenigstens einer der Teiltriebstränge unter Heranziehen des Restriktionsdatensatzes sowie der Parameter mittels des zentralen Steuergeräts beaufschlagt wird.
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Vor dem Hintergrund, beispielsweise einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, wird beispielsweise bei einem Kriechen des Kraftwagens beim Überwinden einer Steigung der Fahrbahn eine andere Achsverteilung mittels des zentralen Steuergeräts eingestellt als bei einem Gefälle. Da die entsprechende Verteilung der Kriechmomente durch das zentrale Steuergerät erfolgt, ist keine achsspezifische Regelung des Kriechvorgangs nötig, wodurch ein gegenseitiges Aufschwingen der Regler wirksam unterbunden wird. Unabhängig davon, ob der Kraftwagen aus dem Kriechbetrieb heraus beschleunigt wird oder ob eine Verzögerung des Kraftwagens aus einer höheren Geschwindigkeit zurück in die Kriechgeschwindigkeit erfolgt, wird das Gesamtradmoment stets durch jeweilige Sollvorgaben des zentralen Steuergeräts auf die jeweiligen Antriebsachsen verteilt. Demzufolge erfolgt der Übergang vom Kriechen in den normalen Fahrbetrieb und umgekehrt bei besonders geringer Verzögerung, da keine zusätzlichen Signalpfade bzw. Übertragungswege zwischen aus dem Stand der Technik bekannten und den jeweiligen Teiltriebsträngen zugeordneten Steuergeräten erfolgen muss. Da der Restriktionsdatensatz wenigstens eine Gradientenbegrenzung und wenigstens ein Grenzkriechmoment umfasst, wird durch das zentrale Steuergerät ein jeweiliges Optimum der Achsverteilung eingestellt, wobei die mechanischen Wirkungsgrade sowie die thermischen und mechanischen Belastungsgrenzen der Teiltriebstränge berücksichtigt werden. Dabei ist unter der Gradientenbegrenzung ein von der Zeit abhängiger Momentenaufbau an der jeweiligen Antriebsachse bzw. an den Einzelrädern der Antriebsachse zu verstehen. Die Gradientenbegrenzung wird somit von mechanischen Belastungsgrenzen jeweiliger eingesetzter Triebstrangkomponenten beeinflusst. Zu diesen Belastungsgrenzen gehören beispielsweise die Torsionsfestigkeit von Antriebswellen oder das maximal übertragbare Drehmoment von im Kraftwagen eingesetzten Anfahrelementen (z. B. Trilok-Wandler, Trockenkupplung). Die Gradientenbegrenzung wird jedoch auch von Komfortgrenzen beeinflusst, wobei durch Berücksichtigung der Komfortgrenzen vermieden wird, dass etwaige Rückkoppelungen von Antriebsstrangschwingungen (z. B. von Aggregatelagerungen) oder störende Resonanzen vermieden werden, welche durch die im Kraftwagen einsitzenden Personen als unangenehm empfunden werden. Das maximale Grenzkriechmoment ist abhängig von dem maximal übertragbaren Drehmoment im Rahmen von z. B. der thermischen Belastbarkeit jeweiliger Anfahrelemente. So steigt z. B. die thermische Belastung einer Kupplung mit steigendem Kupplungsschlupf, wie er beim langsamen (kriechenden) Anfahren an einer Steigung auftritt. Das maximale Grenzkriechmoment kann ebenfalls von dem maximal lieferbaren Drehmoment des E-Motors abhängen.
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Von Vorteil ist weiterhin, wenn als Parameter Antriebsmomente und/oder Verzögerungsmomente betreffende Größen wenigstens eines der Teiltriebstränge erfasst werden, welche zum Vergleich mit dem Gesamtradmoment durch das zentrale Steuergerät herangezogen werden. Die Parameter betreffen Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgänge, welche von den vom Fahrzeugführer vorgenommenen Eingriffen (Gaspedalbetätigung, Bremspedalbetätigung) verschieden sind. Somit werden also durch die Parameter beispielsweise Fahrwiderstände in Folge einer gewissen Fahrbahnsteigung oder durch Gegenwind, ein unterschiedlicher Reifenschlupf in Folge unterschiedlicher Achslastverteilung oder Fahrbahnbeschaffenheit oder die dynamische Änderung des Reifenradius berücksichtigt. Die Verzögerungsmomente können jedoch auch einer Energierückgewinnung durch Schleppen des E-Motors, also einer Bremsrekuperation entsprechen. Durch das Heranziehen derartiger Parameter, welche auch Eingriffe durch elektronische Hilfssysteme, wie beispielsweise eines Bremsassistenten oder eines ESP Systems umfassen, kann eine beliebige Achsverteilung besonders exakt durch das zentrale Steuergerät vorgegeben und konstant gehalten werden, da neben dem Fahrerwunsch durch die Erfassung der Parameter auch äußere, nicht durch den Fahrer beeinflusste Größen berücksichtigt werden können.
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Von Vorteil ist weiterhin, wenn durch das zentrale Steuergerät jeweilige Wirkungsgrade der Teiltriebstränge zur verlustarmen Aufteilung des Gesamtradmoments auf die Teiltriebstränge herangezogen werden.
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Durch das Heranziehen jeweiliger Wirkungsgrade der Teiltriebstränge kann die Achsverteilung mittels des zentralen Steuergeräts besonders energiesparend erfolgen. Hinsichtlich eines besonders wirkungsgradoptimalen Betriebs ist es von Vorteil, das Gesamtradmoment nach Möglichkeit ausschließlich durch die E-Motoren der Teiltriebstränge zu liefern, sofern hierfür ausreichend elektrische Energie vorhanden ist.
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Als weiterhin vorteilhaft hat es sich gezeigt, dass durch das zentrale Steuergerät jeweilige Zustände jeweiliger, den Teiltriebsträngen zugeordneter Energiespeicher zur Aufteilung des Gesamtradmoments auf die Teiltriebstränge herangezogen werden.
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Der Kraftwagen wird bei besonders hohem Wirkungsgrad bewegt, wenn das Gesamtradmoment ausschließlich durch die jeweiligen E-Motoren geliefert werden kann. Der rein elektrische Antrieb des Kraftwagens kann jedoch nur erfolgen, wenn ausreichend Energie in einem jeweiligen Energiespeicher (Batterie) gespeichert ist. Der Zustand des jeweiligen Energiespeichers betrifft also dessen Ladezustand. Ist der Ladezustand des jeweiligen Energiespeichers also nicht ausreichend, um das vom Fahrer gewünschte Gesamtradmoment alleine durch den Antrieb mittels der jeweiligen E-Motoren umzusetzen, so ist es erforderlich, dass die Verbrennungskraftmaschine hinzugeschaltet wird, um den Kraftwagen anzutreiben. Es ist klar, dass die Verbrennungskraftmaschine dabei im Rahmen sowohl eines seriellen Hybridantriebs, als auch eines parallelen Hybridantriebs betrieben werden kann.
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Der erfindungsgemäße Triebstrang dient zum Antreiben eines allradbetreibbaren Kraftwagens mit einem ersten Teiltriebstrang mit einer ersten Antriebsachse und mit einem zweiten Teiltriebstrang mit einer zweiten Antriebsachse, welche mechanisch voneinander entkoppelt sind. Ein mit beiden Teiltriebsträngen verbundenes zentrales Steuergerät ist dabei vorgesehen, mittels welchem ein zum Antreiben des Kraftwagens erwünschtes Gesamtradmoment unter Berücksichtigung jeweiliger Parameter der beiden Teiltriebstränge auf die beiden Antriebsachsen verteilbar ist. An das zentrale Steuergerät ist wenigstens ein eine Gradientenbegrenzung und wenigstens ein Grenzkriechmoment umfassender, durch wenigstens ein Getriebesteuergerät ermittelbarer Restriktionsdatensatz übermittelbar. Der Restriktionsdatensatz umfasst also technische Grenzen, welche beim Antreiben des Kraftwagens zu berücksichtigen sind.
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Durch den Einsatz des Triebstrangs ist der Kraftwagen unter besonders exakter Einhaltung einer beliebig vorgebbaren Achsverteilung antreibbar.
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Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für den erfindungsgemäßen Triebstrang und umgekehrt.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Hierzu zeigt:
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1 eine schematische Darstellung jeweiliger Fahrzeugachsen eines Kraftwagens mit konventionell geregeltem Antrieb, wobei vorliegend eine Fahrzeugachse als von zwei E-Motoren angetriebene Antriebsachse ausgebildet ist;
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2 eine schematische Darstellung der Berechnungsabläufe in einem Motorsteuergerät für die in 1 gezeigte Konfiguration, um aus einem Fahrerwunsch dem Stand der Technik entsprechend eine Ansteuerung einer Leistungselektronik, welche einem oder mehreren E-Motoren entspricht, zu ermitteln;
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3 eine schematische Darstellung jeweiliger Fahrzeugachsen eines Kraftwagens mit konventionell geregeltem Antrieb, wobei vorliegend eine Fahrzeugachse als von einem einen Verbrennungsmotor und einen E-Motor umfassenden Hybridantrieb angetriebene Antriebsachse ausgebildet ist;
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4 eine schematische Darstellung der Berechnungsabläufe in dem Motorsteuergerät und einem Getriebesteuergerät für den in 3 gezeigten Hybridantrieb, wobei aus dem Fahrerwunsch dem Stand der Technik entsprechend mittels des Motorsteuergeräts eine Ansteuerung sowohl des Verbrennungsmotors als auch des E-Motors ermittelt wird; und
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5 eine schematische Darstellung der Berechnungsabläufe in dem erfindungsgemäßen zentralen Steuergerät, welches unter Heranziehen eines Restriktionsdatensatzes sowie jeweiliger Parameter eine Aufteilung eines Gesamtradmoments auf die jeweiligen Antriebsachsen steuert.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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Im Rahmen einer schematischen Darstellung zeigt 1 einen aus dem Stand der Technik bekannten Triebstrang eines Kraftwagens, welcher vorliegend einen Teiltriebstrang 1 umfasst. Der Teiltriebstrang 1 umfasst eine als Antriebsachse ausgebildete Achse 3, wobei eines der Räder der Achse 3 von einer LEH 10 und ein anderes der Räder von einer LEH 11 angetrieben wird. Da E-Motoren üblicherweise eine LEH (Leistungselektronik) vorgeschaltet ist, werden die E-Motoren und ihre zugehörige Leistungselektronik im Folgenden mit dem Sammelbegriff LEH abgekürzt. Die LEH 10 und die LEH 11 werden durch ein Motorsteuergerät angesteuert, welches im Folgenden mit MSG 5 abgekürzt wird. Das MSG 5 ist vorliegend als Triebstrang-Steuergerät ausgelegt ist, berechnet im Falle des Kriechbetriebs des Kraftwagens ein jeweiliges Ankriechmoment und regelt dessen Verteilung auf die LEH 10 und auf die LEH 11. Üblicherweise erfolgt die mechanische Kopplung der LEH 10 und der LEH 11 mit den jeweils angetriebenen Rädern über ein Getriebe mit fester Übersetzung. Ein Kriechen ist somit in Folge eines Fehlens einer Kupplung bzw. eines hydrodynmischen Drehmomentwandlers nur über die Ansteuerung der jeweiligen LEHs 10, 11 mittels des Motorsteuergeräts 5 möglich. Der in 1 schematisch gezeigte Triebstrang umfasst des Weiteren eine Achse 4, welcher jedoch vorliegend nicht angetrieben ist.
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2 zeigt im Rahmen einer schematischen Darstellung die Berechnungsabläufe in dem MSG 5 für den in 1 gezeigten Triebstrang. Hierbei wird durch das MSG 5 ein Gesamtradmoment 8 berechnet, welches ein dem Fahrerwunsch entsprechendes Moment darstellt. Des Weiteren berechnet das MSG 5 ein Kriechmoment 12, welches erforderlich ist, um den Kraftwagen bei einer bestimmten Kriechgeschwindigkeit zu bewegen. Das Einstellen der Kriechgeschwindigkeit ist insbesondere beispielsweise beim Rangieren bzw. Einparken, also bei einem Wunsch des Fahrers den Kraftwagen langsam zu bewegen, erforderlich. Durch die Berechnung des Kriechmoments 12 und des Gesamtradmoments 8 werden durch das MSG 5 sämtliche vom Fahrer erwünschten Momentenanforderungen, welche sowohl die Fahrt bei Kriechgeschwindigkeit, als auch bei höheren Geschwindigkeiten betreffen, errechnet. Aus dem Gesamtradmoment 8 bzw. dem Kriechmoment 12 erfolgt nun durch das MSG 5 die Berechnung einer Momentenbeaufschlagung 18, welche der Berechnung eines Sollmoments entspricht. Demzufolge entspricht also die Momentenbeaufschlagung 18, bzw. das Sollmoment einer Sollvorgabe eines Drehmoments, welches durch die LEH 10 und die LEH 11 umzusetzen ist.
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3 zeigt im Rahmen einer schematischen Darstellung einen Triebstrang eines konventionellen allradgetriebenen Kraftwagens, welcher den Teiltriebstrang 1 und einen weiteren Teiltriebstrang 2 umfasst. Die Achse 3 des Teiltriebstrangs 1 und die Achse 4 des Teiltriebstrangs 2 sind miteinander mechanisch gekoppelt. Der vorliegende Kraftwagen wird durch einen das MSG 5 umfassenden Verbrennungsmotor 9 und die mit dem Verbrennungsmotor 9 gekoppelte LEH 10 angetrieben. Der Kraftwagen wird also vorliegend mittels eines Hybridantriebs, bestehend aus dem Verbrennungsmotor 9 und der LEH 10, angetrieben. Der Verbrennungsmotor 9 und die LEH 10 sind über ein Getriebe 24 mit den als Antriebsachsen ausgebildeten Achsen 3, 4 mechanisch gekoppelt. Das Getriebe 24 umfasst ein Getriebesteuergerät, welches im Folgenden vereinfachend als GSG 6 abgekürzt wird. Des Weiteren umfasst das Getriebe 24 ein hier nicht weiter dargestelltes Kupplungselement, welches automatisch betätigbar ist und beispielsweise als hydrondynamischer Drehmomentwandler ausgeführt ist. Das Getriebe 24 ist also schaltbar und verfügt über ein als Wandler oder Reibkupplung ausgeführtes Kupplungselement, durch dessen Kraftschluss ein Kriechmoment an die Achsen 3, 4 übertragen werden kann.
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Anhand einer weiteren schematischen Darstellung zeigt 4 die Berechnungsabläufe in dem MSG 5 sowie in dem GSG 6 für den in 3 gezeigten allradgetriebenen Kraftwagen mit mechanisch gekoppelten Achsen 3, 4. Anders als in dem in den 1 und 2 dargestellten Kraftwagen mit reinem Elektroantrieb erfolgt hier die Berechnung des Kriechmoments 12 unter Berücksichtigung der Daten eines Geschwindigkeitsreglers 13 im GSG 6 anstatt im MSG 5. Das GSG 6 errechnet nun wiederum aus dem Kriechmoment 12 einen Kupplungssolldruck 22, mittels welchem wiederum durch das GSG 6 ein durch die Kupplung übertragenes Moment 23 errechnet wird. Das übertragene Moment 23 entspricht dabei einem Aufnahmemoment des Getriebes 24 und demzufolge einem Getriebeeingangsmoment, mittels welchem die jeweiligen Achsen 3, 4 durch das Getriebe 24 angetrieben werden. Das MSG 5 wiederum berechnet aus dem Fahrerwunsch das entsprechende Gesamtradmoment 8 und berechnet unter Heranziehen eines dem durch das GSG 6 ermittelten Datensatzes, welcher das durch die Kupplung übertragene Moment 23 umfasst sowie unter Heranziehen der Daten eines Drehzahlreglers 14 die Momentenbeaufschlagung 18, welche im Rahmen einer Sollmomentenvorgabe an den Verbrennungsmotor 9 und die LEH 10 verteilt wird. Durch die mechanische Kopplung der Achsen 3, 4 erfolgt also eine feste Achsverteilung der Drehmomente auf die Achsen 3, 4, wodurch voneinander unabhängige Drehmomentschwankungen zwischen den Achsen 3, 4 unterbunden werden.
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Um jedoch eine beliebige Achsverteilung bei den dementsprechend voneinander entkoppelten Achsen 3, 4 exakt einhalten zu können, wird erfindungsgemäß ein zentrales Steuergerät 7 verwendet, wobei 5 eine schematische Darstellung der Berechnungsabläufe in dem zentralen Steuergerät 7 zeigt. Das GSG 6 errechnet ein maximal übertragbares Kupplungsmoment 21 sowie einen Restriktionsdatensatz 15, welcher technische Grenzen, wie z. B. eine Gradientenbegrenzung 16 und ein Grenzkriechmoment 17 umfasst. Das zentrale Steuergerät 7 hingegen übernimmt die Berechnung des Kriechmoments 12 entsprechend dem Fahrerwunsch unter Berücksichtigung der Daten des Geschwindigkeitsreglers 13. Aus dem Kriechmoment 12 und den Daten des Geschwindigkeitsreglers 13 ermittelt das zentrale Steuergerät 7 ein Gesamtradmoment 8, woraus wiederum eine Momentenverteilung 25 ermittelt wird. Die Momentenverteilung 25 erfolgt unter Heranziehen des Restriktionsdatensatzes 15 und des maximalen Kupplungsmoments 21, welche beide durch das GSG 6 an das zentrale Steuergerät 7 übermittelt werden. Des Weiteren wird bei der Momentenverteilung 25 ein jeweilige Parameter umfassender Datensatz, welcher hier vereinfachend als EFP 20 bezeichnet wird, herangezogen. Die Datensätze der durch das EFP 20 bezeichneten Parameter umfassen beispielsweise Fahrwiderstände, Eingriffe eines elektronischen Stabilitätsprogramms in Form von gezielten Einzelradmomentenänderungen oder Achsmomentenverteilungen oder beispielsweise den Reifenschlupf. Die entsprechenden Parameter können sich jedoch auch auf durch weitere Sensoren des Kraftwagens erfasste und dementsprechend berücksichtigte Umwelteinflüsse, wie beispielsweise das Einleiten einer Notbremsung durch Erkennen von Fußgängern auf der Fahrbahn, beziehen. Aus der Momentenverteilung 25 wird die Momentenbeaufschlagung 18, welche einer Berechnung des Sollmoments der Achse 3 entspricht, unter Berücksichtigung der Daten des Drehzahlreglers 14 ermittelt. Des Weiteren wird durch das zentrale Steuergerät 7 aus der Momentenverteilung 25 eine Momentenbeaufschlagung 19, welche der Berechnung eines Sollmoments der anderen Achse 4 entspricht, berechnet. Durch eine Übertragung eines der Momentenbeaufschlagung 18 entsprechenden Datensatzes an das GSG 6 erfolgt eine Vorgabe eines Summensollmoments, welches durch die Achse 3 aufgewendet werden soll. Das Summensollmoment und dementsprechend die Momentenbeaufschlagung 18, welche der Berechnung des Sollmoments der Achse 3 entspricht, ist ebenfalls so wie die Momentenbeaufschlagung 19, welche der Errechnung des Sollmoments an der anderen Achse 4 entspricht, frei einstellbar, wodurch eine beliebige Achsverteilung realisiert werden kann. Dadurch dass die Momentenbeaufschlagung dem GSG 6 durch das zentrale Steuergerät 7 vorgegeben wird, wird das GSG 6 anders, als von konventionellen Antrieben bekannt, direkt angesteuert und somit von Regelaufgaben des an die Achse 3 übertragenen Moments bzw. Kriechmoments entbunden. Das GSG 6 wird also vielmehr durch das zentrale Steuergerät 7 gesteuert und errechnet aus der Momentenbeaufschlagung 18 den Kupplungssolldruck 22 sowie das letztendlich durch die Kupplung übertragene Moment 23. Das zum Antrieb der Achse 3 durch die Kupplung übertragene Moment 23 kann dabei als Datensatz in Form einer Rückmeldegröße an das zentrale Steuergerät 7 und somit als Kontrollgröße übertragen werden, was hier jedoch nicht weiter dargestellt ist. Die Momentenbeaufschlagung 18 wird des Weiteren zur Ansteuerung des Verbrennungsmotors 9 sowie einer Doppel-LEH 26 herangezogen. Die Doppel-LEH 26 umfasst dabei die LEH 10 sowie die LEH 11. Gleichzeitig wird die Doppel-LEH 26 durch die Momentenbeaufschlagung 18 angesteuert. Bei der Ansteuerung des Verbrennungsmotors 9 sowie der Doppel-LEH 26 werden des Weiteren durch das zentrale Steuergerät 7 jeweilige Wirkungsgrade der Teiltriebstränge zur verlustarmen Aufteilung des Gesamtradmoments berücksichtigt. Dies geschieht jedoch in Verbindung damit, dass die Zustände (Ladezustände) jeweiliger, den Teiltriebsträngen zugeordneter und die LEH 10 bzw. die LEH 11 mit Energie versorgender Energiespeicher zur Aufteilung des Gesamtradmoments auf die Teiltriebstränge herangezogen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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