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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft Kraftfahrzeuge mit einer angetriebenen Starrachse und insbesondere Maßnahmen zum Vermeiden von Traktionsschwächen bei Kurvenfahrten von Kraftfahrzeugen.
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Stand der Technik
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Bei einer Kurvenfahrt werden die kurveninneren Räder eines Kraftfahrzeugs entlastet. Bei einem an einer angetriebenen Starrachse angeordneten Rad kann es somit durch die verringerte Fahrbahnhaftung zu einem Schlupf kommen, der sich aufgrund eines üblicherweise vorgesehenen Differentialgetriebes in einer verschlechterten Traktion auswirkt.
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Zur Vermeidung des Schlupfs an einem kurveninneren Antriebsrad werden häufig Schlupfregelsysteme, wie beispielsweise ABS- und/oder ESC-Systeme, vorgesehen, um das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs direkt zu beeinflussen. Diese Systeme nutzen eine elektrische Differentialsperre (EDS), die eine Bremskraft auf das kurveninnere Antriebsrad ausübt, um die Traktion zu erhöhen. Der Aufbau der Bremskraft orientiert sich dabei im Wesentlichen am ermittelten momentanen Radschlupf. Steigt dieser sehr schnell an, so kann möglicherweise nicht schnell genug Bremsdruck zum Bereitstellen der Bremskraft aufgebaut werden und die Traktion des Kraftfahrzeugs reduziert sich. Dieser Effekt wird bei angetriebenen Starrachsen mit schlechtem Fahrbahnkontakt und/oder Trommelbremsen mit hoher Volumenaufnahme zusätzlich verschlechtert.
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Die Druckschrift
DE 19 846 848 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fahrstabilisierung, bei denen der Bremsdruck der Räder der Hinterachse regelbar ist. Dabei wird abhängig von dem Erkennen eines übersteuerten oder untersteuerten Fahrzustands während einer gebremsten Kurvenfahrt durch Beeinflussung zumindest eines Bremsdrucks eines Rads an der Hinterachse ein entsprechendes Moment erzeugt.
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Die Druckschrift
DE 10 023 521 A1 offenbart ein Verfahren zur Erkennung eines frei drehenden Rads in einem Kraftfahrzeug. Dabei wird das frei drehende Rad durch eine Auswertung erkannt, bei der überprüft wird, in welcher Kurvenrichtung eine Kurvenfahrt vorliegt und ob die Umlaufgeschwindigkeit des auf der Kurveninnenseite nachlaufenden Rads von einer theoretisch möglichen Umlaufgeschwindigkeit dieses Rads bei Kontakt mit der Fahrbahn abweicht.
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Die Druckschrift
DE 199 63 747 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeugs bei Untersteuertendenz. Liegt eine Untersteuertendenz vor, so wird das auf die Antriebsräder wirkende vom Motor ausgehende Moment erhöht, so dass an einem kurvenäußeren Rad ein Vortriebsmoment erzeugt und an einem kurveninneren Antriebsrad ein Bremseingriff durchgeführt wird, wobei an diesem Rad die Erhöhung des auf die Antriebsräder wirkenden Moments so durchgeführt wird, dass diese nicht zu einer Beeinflussung des Radverhaltens führt.
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Aus der Druckschrift
DE 19 830 190 A1 ist ein Verfahren zur Begrenzung der Querbeschleunigung eines fahrenden Kraftfahrzeugs bekannt, wobei der Bremsdruck mindestens eines Rads beeinflusst wird, wenn ein Fahrzustand mit kritischer Querbeschleunigung erkannt wurde.
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Die Druckschrift
DE 10 2006 026 188 A1 offenbart ein Verfahren zum Verteilen eines Antriebsmoments auf Räder einer angetriebenen Achse eines Kraftfahrzeugs. Dabei wird jeweils ein Kurvenschlupf zwischen einem kurveninneren und einem kurvenäußeren Rad einer Achse sowie der innere Antriebsschlupf zwischen dem kurveninneren angetriebenen Rad und dem kurveninneren nicht angetriebenen Rad berechnet, wobei das Antriebsmoment in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen dem inneren Antriebsschlupf und dem Kurvenschlupf multipliziert mit einem Skalierungsfaktor verteilt wird.
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Allgemein sind darüber hinaus elektronische Quersperrdifferentiale (auch als XDS bezeichnet) bekannt, die die Traktions- und Handling-Eigenschaften von Kraftfahrzeugen verbessern. Diese sehen vor, dass bei einer zu starken Entlastung eines kurveninneren angetriebenen Rads einer Vorderachse ein Bremsdruck aufgebaut wird, um die optimale Traktion wieder herzustellen. Dadurch kann ein Untersteuern in schnell gefahrenen Kurven ausgeglichen werden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer angetriebenen Starrachse zur Verfügung zu stellen, durch das Einlenken und Traktion des Kraftfahrzeugs verbessert werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einer angetriebenen Starrachse gemäß Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung, das Kraftfahrzeug und das Computerprogramm gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einer angetriebenen Starrachse vorgesehen, umfassend die folgenden Schritte:
- – Ermitteln einer Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs bei einer Kurvenfahrt; und
- – Ausüben einer vorgegebenen Bremskraft auf ein kurveninneres Antriebsrad der angetriebenen Starrachse abhängig von der ermittelten Querbeschleunigung.
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Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, bei einer Kurvenfahrt ein kurveninneres, nicht gelenktes Antriebsrad vorbeugend zu entlasten, indem eine definierte Bremskraft an dieses Rad angelegt wird, bevor ein (signifikanter) Schlupf detektiert wird bzw. detektiert werden kann. Dadurch wird erreicht, dass das Antriebsmoment an dem kurveninneren Antriebsrad reduziert wird, und zwar deutlich bevor das Antriebsrad einen signifikanten Schlupf aufweist. Insbesondere wird das Antriebsmoment an dem kurveninneren Antriebsrad schlupfunabhängig reduziert, bevor eine etwaig vorgesehene Differentialsperre aufgrund eines detektierten Schlupfes eingreifen kann.
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Durch das Auswerten der momentanen Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs und ein entsprechendes davon abhängiges Anlegen einer definierten Bremskraft an einem kurveninneren Antriebsrad kann auf einen möglicherweise auftretenden Schlupf deutlich früher reagiert werden, als dies mit den herkömmlichen Maßnahmen, wie beispielsweise den oben erwähnten Schlupfregelsystemen und dergleichen, möglich ist. Entsprechend können das Einlenken des Kraftfahrzeugs bei Kurvenfahrten sowie die Traktion erhöht werden. Der drohende Antriebsschlupf wird somit in Richtung von Fahrzuständen mit höheren Querbeschleunigungen verschoben. Insgesamt kann dadurch die Fahrdynamik und der Fahrkomfort erheblich gesteigert werden.
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Zusätzlich ist es möglich, die vorbeugende Reduzierung des Antriebsmoments am kurveninneren Antriebsrad mit herkömmlichen Systemen einer elektronischen Differentialsperre zu kombinieren.
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Weiterhin kann festgestellt werden, ob die Querbeschleunigung einen ersten vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, wobei die vorgegebene Bremskraft abhängig davon auf das kurveninnere Antriebsrad der angetriebenen Starrachse ausgeübt wird, ob die Querbeschleunigung den ersten vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
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Insbesondere kann der erste vorgegebene Schwellenwert einem konstanten Schwellenwert entsprechen oder von dem an dem kurveninneren Antriebsrad anliegenden Antriebsmoment und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängen.
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Die Abhängigkeit des ersten vorgegebenen Schwellenwerts für die Querbeschleunigung von dem an dem kurveninneren Antriebsrad anliegenden Antriebsmoment und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit kann so gewählt sein, dass die vorgegebene Bremskraft auf das kurveninnere Antriebsrad ausgeübt wird, bevor eine elektronische Differentialsperre eingreift. Auf diese Weise kann ein Bremseingriff auf das kurveninnere Antriebsrad sichergestellt werden, bevor ein Schlupf bzw. ein signifikanter Schlupf entsteht, der zum Aktivieren der elektronischen Differentialsperre führt.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die vorgegebene Bremskraft als konstant festgelegt werden oder von mindestens einer der folgenden Zustandsgrößen abhängen:
- – Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs,
- – Gierwinkel des Kraftfahrzeugs,
- – Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs,
- – eine Angabe zur Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs, und
- – das Wunsch-Antriebsmoment eines Fahrers, wenn dieses das aktuelle Antriebsmoment durch ein aktives Regelsystem beeinflusst wird
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Es kann festgestellt werden, ob die Querbeschleunigung einen zweiten vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, wobei eine weitere variable Bremskraft auf das kurveninnere Antriebsrad der angetriebenen Starrachse abhängig davon, ob die Querbeschleunigung den zweiten vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, sowie abhängig von einem Schlupf des kurveninneren Antriebsrads ermittelt wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Querbeschleunigung durch eine Fahrzeuggeschwindigkeit und einen Gierwinkel eines gelenkten Vorderrades oder durch einen Lenkradwinkel eines Lenkrades und der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung, insbesondere eine Steuereinheit, zum Betreiben eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einer angetriebenen Starrachse vorgesehen, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um:
- – eine Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs bei einer Kurvenfahrt zu ermitteln bzw. eine entsprechende Angabe zu empfangen; und
- – eine vorgegebene Bremskraft auf ein kurveninneres Antriebsrad der angetriebenen Starrachse abhängig von der ermittelten Querbeschleunigung auszuüben oder zu veranlassen, dass die vorgegebene Bremskraft durch ein geeignetes System, z.B. Bremssystem, ausgeübt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebssystem vorgesehen, umfassend:
- – eine angetriebene Starrachse mit Antriebsrädern;
- – eine jedem Antriebsrad zugeordnete Bremseinrichtung, um eine jeweilige Bremskraft auszuüben; und
- – eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, um:
• eine Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs bei einer Kurvenfahrt zu ermitteln; und
• mithilfe der Bremseinrichtung eine vorgegebene Bremskraft auf ein kurveninneres Antriebsrad der angetriebenen Starrachse abhängig von der ermittelten Querbeschleunigung auszuüben.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Computerprogramm vorgesehen, das ausgebildet ist, um alle Schritte des obigen Verfahrens durchzuführen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Draufsicht auf ein Fahrgestell eines Kraftfahrzeugs; und
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2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einer angetriebenen Starrachse.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Antriebssystem 1 eines Kraftfahrzeugs 10. Das Antriebssystem 1 weist eine gelenkte Vorderachse 2 mit entsprechenden Vorderrädern 3 auf. Weiterhin weist das Antriebssystem 1 eine Hinterachse 4 als eine Starrachse auf, die zum Antreiben von Hinterrädern 5, die die Antriebsräder des Kraftfahrzeugs 10 darstellen, ausgebildet ist. Das Antriebssystem 1 kann allgemein für ein Fahrzeug mit Hinterradantrieb oder mit Allrad-Antrieb ausgebildet sein.
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Die Hinterachse 4 ist mit einem Differentialgetriebe 6 versehen, das ein von einem Antriebsmotor 7 bereitgestelltes Antriebsmoment auf die Hinterräder 5 verteilt. Es ist eine Steuereinheit 8 vorgesehen, die neben weiteren Funktionen auch die Verteilung und Kontrolle der Traktion an den Hinterrädern 5 vornehmen kann. Dazu sind die Hinterräder 5 mit Bremseinrichtungen 9 versehen, wie beispielsweise Trommelbremsen, die neben den vom Fahrer z. B. durch Betätigung eines (nicht gezeigten) Bremspedals bewirkten Bremseingriffen zusätzliche, durch die Steuereinheit 8 vorgegebene Bremseingriffe durchführen können. Bei einer herkömmlichen hydraulischen Ausführung der Bremseinrichtungen 9 wird für einen Bremseingriff ein Bremsdruck aufgebaut, der zu einer Bremskraft an dem entsprechenden Antriebsrad führt.
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Weiterhin kann die Steuereinheit 8 eine EDS-Funktion aufweisen, mit der an einem kurveninneren Hinterrad 5 ein (signifikanter) Schlupf erkannt werden kann, z. B. mithilfe einer radindividuellen Drehzahlüberwachung und -plausibilisierung, wobei nach dem Erkennen eines signifikanten Schlupfes bzw. eines drohenden signifikanten Schlupfes eine Bremskraft auf das kurveninnere Hinterrad 5 ausgeübt wird, um die Traktion des Kraftfahrzeugs 10 zu erhalten. Der Schlupf wird durch einen Schlupfwert definiert, der das um 1 verringerte Verhältnis der Drehzahl eines angetriebenen Rades zu der eines (hypothetischen) nicht angetriebenen und daher formschlüssig mitlaufenden Rades angibt. Als signifikant wird ein Schlupf mit einem Schlupfwert von mehr als 0,3, insbesondere von mehr als 0,2, vorzugsweise von mehr als 0,1 bezeichnet.
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In 2 ist anhand eines Flussdiagramms ein Verfahren zum Betreiben des Antriebssystems 1 des Kraftfahrzeugs 10 schematisch dargestellt. Zunächst wird in Schritt S1 durch die Steuereinheit 8 eine momentane Querbeschleunigung ermittelt, die eine Angabe für die Beschleunigung in Querrichtung, d.h. quer zur Längsrichtung des Kraftfahrzeugs, darstellt. Diese Querbeschleunigung kann gemessen oder anhand der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Gierwinkels der gelenkten Vorderräder 3 ermittelt werden. Auch kann als Angabe über die Querbeschleunigung ein Lenkradwinkel eines Lenkrades in Verbindung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt werden. Die Querbeschleunigung verändert die Gewichtsbelastung auf die Vorderräder 3 und Hinterräder 5, wobei insbesondere die kurveninneren Räder entlastet werden. Dadurch verringert sich die Haftung der kurveninneren Räder an der Fahrbahn. Mit anderen Worten entspricht die Querbeschleunigung einem Maß für eine Radentlastung der kurveninneren Räder.
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In Schritt S2 wird überprüft, ob die Querbeschleunigung bzw. die resultierende Radentlastung einen vorbestimmten ersten Schwellenwert übersteigt. Ist dies der Fall (Alternative: Ja), so wird das Verfahren mit Schritt S3 fortgesetzt. Andernfalls (Alternative: Nein) wird zu Schritt S1 zurückgesprungen.
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Der erste Schwellenwert kann konstant vorgegeben sein oder von dem Antriebsmoment, das auf das kurveninnere Antriebsrad wirkt, und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängen. Beispielsweise kann der erste Schwellenwert für die Querbeschleunigung/Radentlastung so festgelegt sein, dass er einer Radentlastung um zwischen 20% und 60%, insbesondere einer Radentlastung um zwischen 40% und 50% entspricht. Die Abhängigkeit des ersten vorgegebenen Schwellenwerts für die Querbeschleunigung/Radentlastung von dem an dem kurveninneren Antriebsrad anliegenden Antriebsmoment und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit kann weiterhin gemäß einem vorgegebenen Kennfeld bestimmt sein.
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Wurde in Schritt S2 festgestellt, dass die Querbeschleunigung/Radentlastung den vorgegebenen ersten Schwellenwert übersteigt (Alternative: Ja), so wird in Schritt S3 eine vorgegebene Bremskraft auf das kurveninnere Hinterrad 5 ausgeübt. Die Höhe der ausgeübten vorgegebenen Bremskraft kann als konstant festgelegt sein oder von mindestens einer der folgenden Zustandsgrößen des Kraftfahrzeugs abhängen:
- – Querbeschleunigung,
- – Gierwinkel,
- – Fahrzeuggeschwindigkeit,
- – eine Angabe zur Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs, wie z.B. Antriebsschlupf des kurvenäußeren, angetriebenen Hinterrades, die Gierwinkelgeschwindigkeit (zeitlicher Gradient des Gierwinkels) und -beschleunigung,
- – das Wunsch-Antriebsmoment des Fahrer, wenn dieses das aktuelle Antriebsmoment durch ein aktives Regelsystem beeinflusst wird, und
- – eine oder mehrere andere die Fahrstabilität kennzeichnenden Größen.
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Der erste Schwellenwert für die Querbeschleunigung/Radentlastung ist vorzugsweise so gewählt, dass die vorgegebene Bremskraft auf das kurveninnere Antriebsrad ausgeübt wird, deutlich bevor ein Schlupf entsteht, der zum Aktivieren der elektronischen Differentialsperre führt. Auf diese Weise kann ein Bremseingriff auf das kurveninnere Antriebsrad sichergestellt werden, bevor eine elektronische Differentialsperre eingreift.
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Sowohl der vorgegebene erste Schwellenwert als auch die vorgegebene Bremskraft bzw. deren Abhängigkeiten von den obigen Zustandsgrößen können fahrzeugindividuell appliziert werden.
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Wird in einem nächsten Schritt S4 festgestellt, dass die Querbeschleunigung bzw. Radentlastung einen zweiten vorgegebenen Schwellenwert, der höher ist als der erste vorgegebene Schwellenwert, übersteigt (Alternative: Ja), so kann in Schritt S5 eine EDS-Funktion aktiviert werden. Der zweite vorgegebenen Schwellenwert ist so gewählt, dass an dem angetriebenen Hinterrad 5 ein signifikanter Schlupf vorliegt. Die EDS-Funktion ermittelt den Schlupf (bzw. den Schlupfwert) an dem kurveninneren Hinterrad 5 und sieht in bekannter Weise zusätzlich zu der bereits durch den Schritt S3 angelegten Bremskraft eine weitere variable Bremskraft vor, um den Schlupf an dem kurveninneren Hinterrad 5 zu vermeiden bzw. zu reduzieren. Die weitere variable Bremskraft wird dabei abhängig von einem ermittelten Schlupfwert des signifikanten Schlupfes gewählt. Beispielsweise kann die weitere variable Bremskraft zu der obigen vorgegebenen Bremskraft addiert werden. Anschließend wird zu Schritt S1 zurückgesprungen.
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Wird in Schritt S4 festgestellt, dass der zweite vorgegebene Schwellenwert für die Querbeschleunigung/Radentlastung durch die Querbeschleunigung/Radentlastung nicht überschritten wurde (Alternative: Nein), so wird zu Schritt S1 zurückgesprungen, ohne die EDS-Funktion auszuführen.
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Mithilfe des oben beschriebenen Verfahrens kann beim Fahren von Kurven bei Anliegen eines ausreichenden Antriebsmoments ab einer vorbestimmten Entlastung des kurveninneren Antriebsrads vorbeugend eine definierte Bremskraft an dem entsprechenden kurveninneren Hinterrad 5 aufgebaut werden, bevor das Hinterrad 5 einen signifikanten Schlupf aufweist. Dadurch werden das Einlenken des Kraftfahrzeugs sowie die Traktion verbessert. Der drohende Antriebsschlupf, der zu einem Eingreifen der EDS-Funktion führt, kann dadurch bei der Auslegung der EDS-Funktion zu höheren Querbeschleunigungen hin verschoben werden.
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Neben der Vorgabe von festgelegten ersten und zweiten Schwellenwerten für die Querbeschleunigung/Radentlastung ist es ebenfalls möglich, einen fließenden Übergang zwischen dem Anliegen einer definierten Bremskraft und dem Eingriff der EDS-Funktion vorzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebssystem
- 2
- gelenkte Vorderachse
- 3
- Vorderrad
- 4
- Hinterachse/Starrachse
- 5
- Hinterrad
- 6
- Differentialgetriebe
- 7
- Antriebsmotor
- 8
- Steuereinheit
- 9
- Bremseinrichtung
- 10
- Kraftfahrzeug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19846848 A1 [0004]
- DE 10023521 A1 [0005]
- DE 19963747 A1 [0006]
- DE 19830190 A1 [0007]
- DE 102006026188 A1 [0008]
