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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit wenigstens einer Antriebseinrichtung und einer separat antreibbaren ersten und zweiten Achse. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
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In einigen Kraftfahrzeugen ist es möglich, Antriebsmomente für mehrere der Achsen des Kraftfahrzeugs separat voneinander vorzugeben. Hierzu können separate Antriebseinrichtungen für die einzelnen Achsen vorgesehen sein oder eine Momentverteilung auf die Achsen kann durch ein Torque-Vectoring hydraulisch oder elektrisch gesteuert werden. In Abhängigkeit eines erfassten Fahrerwunsches und optional ergänzender weiterer Kraftfahrzeugparameter können jeweils Sollwerte für das Drehmomente an den Achsen vorgegeben werden.
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Aufgrund von mechanischen Belastungsgrenzen und einer begrenzten Antriebsleistung ist es häufig nicht möglich, dass die Drehmomente instantan gemäß der Sollwerte eingestellt werden. Es ist daher bekannt, die Steuerung derart durchzuführen, dass ein Gradient für die jeweiligen Drehmomente an den Achsen begrenzt wird. Hierbei wird der Drehmomentgradient für jede der Achsen separat begrenzt, um die unterschiedliche mechanische Ausbildung des Antriebs der jeweiligen Achse sowie das aktuelle Drehmoment an der jeweiligen Achse zu berücksichtigen. Eine separate Begrenzung von Drehmomentgradienten oder andere Arten der separaten Filterung der Drehmomente für die einzelnen Achsen können bei bestimmten Lastwechseln jedoch dazu führen, dass die Drehmomentverteilung zwischen den Achsen im Rahmen der Anpassung stark schwankt oder dass einander entgegengerichtete Drehmomente auf die verschiedenen Achsen übertragen werden. Dies kann die Fahreigenschaften des Kraftfahrzeugs und den Fahrkomfort verschlechtern.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs anzugeben, bei dem die Anpassung der Drehmomente an mehreren separat angetriebenen Achsen an vorgegebene Sollwerte demgegenüber verbessert ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:
- – Erfassen eines ersten Istwertes eines ersten Drehmoments an der ersten Achse und eines zweiten Istwertes eines zweiten Drehmoments an der zweiten Achse
- – Vorgeben eines ersten Sollwertes für das erste Drehmoment und eines zweiten Sollwertes für das zweite Drehmoment,
- – Prognose einer Änderungszeit bis zu einem Erreichen des ersten Sollwertes durch das erste Drehmoment in Abhängigkeit des ersten Istwertes und des ersten Sollwertes,
- – Ermitteln eines Maximalgradienten für das zweite Drehmoment in Abhängigkeit des Quotienten der Differenz zwischen dem zweiten Sollwert und dem zweiten Istwert als Zähler und der Änderungszeit als Nenner,
- – Ermitteln eines Sollgradienten für das zweite Drehmoment in Abhängigkeit des zweiten Sollwertes und des zweiten Istwertes,
- – Ansteuern der Antriebseinrichtung und/oder wenigstens einer Momentverteileinrichtung zur Bereitstellung des zweiten Drehmoments in Abhängigkeit des Sollgradienten, falls dessen Betrag kleiner ist als der Betrag des Maximalgradienten, und anderenfalls in Abhängigkeit des Maximalgradienten.
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Die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können wiederholt durchgeführt werden, wobei die Wiederholung insbesondere während des gesamten Fahrbetriebs kontinuierlich oder mit vorgegebenen Zeitabstand erfolgt. Der erste und zweite Sollwert können sich während und/oder zwischen den einzelnen Wiederholungen der Schritte ändern, jedoch auch konstant bleiben. Die Vorgabe des ersten und des zweiten Sollwertes kann durch eine kraftfahrzeugseitige Einrichtung erfolgen. Diese kann einen oder mehrere Sensoren zur Erfassung eines Fahrerwunsches umfassen, beispielsweise einen Sensor, der eine Fahrpedalstellung erfasst. Ergänzend können weitere Informationen über den Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs, beispielsweise Informationen von Fahrerassistenzsystemen, erfasst und bei der Bestimmung des ersten und des zweiten Sollwertes berücksichtigt werden. Der erste und der zweite Sollwert können aus einem Sollwert für das Gesamtmoment bestimmt werden, das auf die erste und die zweite Achse übertragen werden soll. Der Sollwert für das Gesamtmoment kann direkt in Abhängigkeit eines Fahrerwunsches bzw. der weiteren Informationen vorgegeben werden, es ist jedoch auch möglich, den zeitlichen Vorlauf des Sollwertes für das Gesamtmoment vor der Bestimmung des ersten und des zweiten Sollwertes für die Drehmomente der einzelnen Achsen zu filtern oder den Gradienten des Gesamtmoments zu begrenzen. Der Sollgradient für das zweite Drehmoment kann unabhängig von dem ersten Sollwert und/oder von dem ersten Istwert und/oder von der Änderungszeit ermittelt werden.
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Das erste und das zweite Drehmoment bzw. die zugeordneten Sollwerte können auch entgegen einer Drehrichtung der Achse gerichtet sein, das heißt Bremsmomente sein. Bremsmomente können durch eine Rekuperation mit einem Elektromotor oder ein Motorbremsen mit einem Verbrennungsmotor bereitgestellt werden.
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Der erste und/oder zweite Istwert des ersten und/oder zweiten Drehmoments kann durch Sensoren erfasst werden. Ergänzend oder alternativ ist es möglich, Steuergrößen für die Antriebseinrichtung und/oder die Momentverteileinrichtung eines vorangehenden Ansteuerschrittes auszuwerten, um die jeweiligen Istwerte zu bestimmen.
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Als Sollgradient für das erste oder das zweite Drehmoment kann ein Sollwert für die Zeitableitung des ersten oder zweiten Drehmoments ermittelt werden. Es ist jedoch auch möglich, einen zeitlichen Verlauf des jeweiligen Drehmoments bis zum Erreichen des jeweiligen Sollwerts oder eines zwischen dem Istwert und dem Sollwert liegenden Zwischenwertes zu ermitteln, um dem Sollgradienten vorzugeben. Der Sollgradient kann derart ermittelt werden, dass sein Betrag ausschließlich von dem Istwert des jeweiligen Drehmomentes abhängt.
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Die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vorzugsweise vollständig oder zumindest teilweise durch eine Steuereinrichtung durchgeführt. Die Steuerung kann in einem einzelnen Bauteil oder in mehreren Bauteilen implementiert sein, die auch im Kraftfahrzeug verteilt angeordnet sein können und beispielsweise über ein Kraftfahrzeugnetz kommunizieren.
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Der Maximalgradient kann gleich dem Quotienten der Differenz aus dem zweiten Sollwert und dem zweiten Istwert und der Änderungszeit sein, es ist jedoch auch möglich, dass der Maximalgradient einem mit einem Skalierungsfaktor skalierten und/oder durch einen Offset verschobenen Quotienten entspricht.
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Die Ansteuerung der Antriebseinrichtung und/oder der Momentverteileinrichtung kann derart erfolgen, dass der Gradient des zweiten Drehmoments dem Sollgradienten entspricht, falls dessen Betrag kleiner ist als der Betrag des Maximalgradienten, und anderenfalls dem Maximalgradienten entspricht. Das erfindungsgemäße Verfahren kann daher erreichen, dass der Sollwert des zweiten Drehmoments zeitgleich oder später erreicht wird als der Sollwert des ersten Drehmoments.
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In vielen Anwendungsfällen ist gewünscht, dass die Sollwerte des ersten und des zweiten Drehmoments im Wesentlichen gleichzeitig erreicht werden. Es ist daher möglich, dass das erfindungsgemäße Verfahren zusätzlich die folgenden Schritte umfasst:
- – Prognose einer weiteren Änderungszeit bis zu einem Erreichen des zweiten Sollwertes durch das zweite Drehmoment in Abhängigkeit des zweiten Istwertes und des zweiten Sollwertes,
- – Ermitteln eines weiteren Maximalgradienten für das erste Drehmoment in Abhängigkeit des Quotienten der Differenz zwischen dem ersten Sollwert und dem ersten Istwert als Zähler und der weiteren Änderungszeit als Nenner,
- – Ermitteln eines weiteren Sollgradienten für das erste Drehmoment in Abhängigkeit des ersten Sollwertes und des ersten Istwertes,
- – Ansteuern der Antriebseinrichtung und/oder der Momentverteileinrichtung zur Bereitstellung des ersten Drehmoments in Abhängigkeit des weiteren Sollgradienten, falls dessen Betrag kleiner ist als der Betrag des weiteren Maximalgradienten, und anderenfalls in Abhängigkeit des weiteren Maximalgradienten.
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Es ist möglich, dass bestimmte Werte des ersten und zweiten Drehmoments auch in Fällen gleichzeitig erreicht werden sollen, in denen sie Zwischenwerte darstellen, das heißt zwischen einem momentanen Istwert des jeweiligen Drehmoments und einem durch einen Fahrerwunsch und/oder eine Fahrzeugeinrichtung vorgegebenen Zielwert liegen. Daher können ein erster Schwellwert für das erste Drehmoment und ein zweiter Schwellwert für das zweite Drehmoment vorgegeben werden, wonach der erste Schwellwert als der erste Sollwert und der zweite Schwellwert als der zweite Sollwert vorgegeben werden, falls der erste Schwellwert zwischen dem ersten Istwert und einem vorgegebenen ersten Zielwert und der zweite Schwellwert zwischen dem zweiten Istwert und einem vorgegebenen zweiten Zielwert liegen, und anderenfalls der erste Zielwert als erster Sollwert und der zweite Zielwert als zweiter Sollwert vorgegeben werden.
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Der erste Schwellwert und der zweite Schwellwert können fest vorgegeben sein. Vorzugsweise sind der erste Schwellwert und der zweite Schwellwert gleich, insbesondere gleich 0 Nm. Hierdurch kann im erfindungsgemäßen Verfahren erreicht werden, dass ein Momentnullpunkt, an dem das erste und das zweite Drehmoment null sind, für beide Achsen gleichzeitig erreicht wird. Es ist auch möglich, mehrere erste und zweite Schwellwerte vorzusehen, wobei dann, wenn jeweils wenigstens einer der Schwellwerte zwischen dem jeweiligen Istwert und dem jeweiligen Sollwert liegt, jener dieser Schwellwerte als Sollwert vorgegeben werden kann, der am nächsten am jeweiligen Istwert liegt.
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Zur Prognose der Änderungszeit kann eine Differenz zwischen dem ersten Sollwert und dem ersten Istwert durch den weiteren Sollgradienten oder einen in Abhängigkeit des ersten Sollwertes und des ersten Istwertes berechneten weiteren Sollgradienten geteilt werden. Entsprechend kann die weitere Änderungszeit prognostiziert werden, indem eine Differenz zwischen dem zweiten Sollwert und dem zweiten Istwert durch den Sollgradienten geteilt wird.
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Der Betrag des Sollgradienten kann ausschließlich abhängig vom zweiten Istwert sein und/oder der Betrag des weiteren Sollgradienten kann ausschließlich abhängig vom ersten Istwert sein. Das Vorzeichen des weiteren Sollgradienten kann vom Vorzeichen der Differenz des ersten Sollwertes und des ersten Istwertes abhängen. Das Vorzeichen des Sollgradienten kann von dem Vorzeichen der Differenz des zweiten Sollwertes und des zweiten Istwertes abhängen. Ist der erste Sollwert gleich dem ersten Istwert bzw. der zweite Sollwert gleich dem zweiten Istwert, so kann, als Ausnahme von den oben erläuterten Abhängigkeiten, der Sollgradient bzw. der weitere Sollgradient gleich null gesetzt werden.
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Alternativ können der Sollgradient und/oder der weitere Sollgradient bestimmt werden, indem eine Zeitableitung eines vorgegebenen zeitlichen Verlaufs des zweiten Sollwertes bzw. des ersten Sollwertes berechnet wird. Der zeitliche Verlauf des ersten bzw. zweiten Sollwertes kann bestimmt werden, indem ein jeweils vorgegebenes Änderungssignal, das durch eine Fahrervorgabe und/oder durch wenigstens ein Fahrzeugsystem vorgegeben wird, gefiltert wird. Beispielsweise kann das Änderungssignal für das erste oder das zweite Drehmoment Sprünge aufweisen, die durch die Filterung in einen kontinuierlichen Verlauf für den ersten bzw. zweiten Sollwert überführt werden. Dieser Verlauf kann zeitlich abgeleitet werden, um den Sollgradienten bzw. den weiteren Sollgradienten vorzugeben.
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Die Änderungszeit kann alternativ als jene Zeit prognostiziert werden, die zum Erreichen des ersten Sollwertes durch das erste Drehmoment erforderlich ist, wenn der erste Sollwert unverändert bleibt oder wenn ein prognostizierter zeitlicher Verlauf des ersten Sollwertes unverändert bleibt. Dies gilt entsprechend auch für die weitere Änderungszeit.
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Der erste und der zweite Sollwert oder der erste und der zweite Zielwert können in Abhängigkeit eines vorgegebenen Gesamtsollmoments bestimmt werden. Durch einen Fahrerwunsch und/oder ein Fahrzeugsystem kann ein Gesamtmoment vorgegeben werden, das zum Antrieb des Kraftfahrzeugs oder zum Bremsen des Kraftfahrzeugs auf die erste und zweite Achse übertragen werden soll. Aus diesem kann in Abhängigkeit einer vorgegebenen Momentenverteilung ein erstes und ein zweites Sollmoment bestimmt werden. Die Verteilung des Gesamtmoments auf die Achsen und somit die Bestimmung des ersten und des zweiten Sollwertes kann entsprechend einer Vorgabe durch den Fahrer und/oder entsprechend einer Fahrsituation erfolgen.
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Im erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Kraftfahrzeug mit einer ersten und einer zweiten Antriebseinrichtung verwendet werden, wobei die erste Antriebseinrichtung die erste Achse antreibt und die zweite Antriebseinrichtung die zweite Achse antreibt. Als erste Antriebseinrichtung kann ein Elektromotor und als zweite Antriebseinrichtung ein Verbrennungsmotor verwendet werden oder umgekehrt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Nutzung voneinander unterschiedlicher Antriebseinrichtungen zum Antrieb verschiedener Achsen besonders vorteilhaft verwendet werden, da es auch bei stark unterschiedlichen Antriebseinrichtungen bzw. Anbindungen der Antriebseinrichtungen an die jeweiligen Achsen ein im wesentlichen gleichzeitiges Erreichen des ersten und des zweiten Sollwertes ermöglicht.
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Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Antriebseinrichtung, einer separat antreibbaren ersten und zweiten Achse und einer Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Antriebseinrichtung und/oder wenigstens einer Momentverteileinrichtung zur Bereitstellung von Drehmomenten für die erste und zweite Achse, wobei das Kraftfahrzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Hierbei kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens vollständig oder teilweise durchzuführen. Teile der Funktionalität, insbesondere eine Bereitstellung des ersten und des zweiten Sollwertes oder Zielwertes bzw. eine Bereitstellung eines Gesamtmomentes, aus dem der erste und der zweite Sollwert ermittelbar ist, können durch weitere fahrzeugseitige Einrichtungen, insbesondere mit Hilfe von Sensoren zur Erfassung eines Fahrerwunsches, bereitgestellt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sowie das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug wurden am Beispiel eines Kraftfahrzeugs erläutert, das eine erste und eine zweite antreibbare Achse aufweist. Diese Lehren sind auch auf Kraftfahrzeuge übertragbar, die mehr als zwei separat antreibbare Achsen aufweisen. In diesem Fall kann für jede der Achsen eine Änderungszeit berechnet werden, und für die jeweils anderen Achsen können in Abhängigkeit dieser Änderungszeit Maximalgradienten vorgegeben werden. Für jede der Achsen sind somit eine Anzahl von Maximalgradienten vorgegeben, die um eins geringer ist als die Achsenzahl. Die Ansteuerung der Antriebseinrichtung und/oder der Momentverteileinrichtung zur Bereitstellung des jeweiligen Drehmoments für eine Achse kann derart erfolgen, dass sie nur dann in Abhängigkeit des der jeweiligen Achse zugeordneten Sollgradienten erfolgt, falls dessen Betrag kleiner ist als der Betrag aller Maximalgradienten für diese Achse und anderenfalls in Abhängigkeit des jeweils kleinsten der Maximalgradienten.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Zeichnungen. Dabei zeigen schematisch:
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1 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 bis 6 Diagramme, die den zeitlichen Verlauf eines Gesamtdrehmoments sowie eines ersten und eines zweiten Drehmoments an einer ersten und zweiten Achse für verschiedene Fahrsituationen darstellen, und
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7 und 8 zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit einer ersten und zweiten Achse, die separat voneinander antreibbar sind. In Schritt S1 wird ein Fahrerwunsch erfasst, der insbesondere beschreibt, ob ein Fahrer eine Beschleunigung oder ein Abbremsen des Fahrzeugs wünscht. Der Fahrerwunsch kann durch kraftfahrzeugseitige Sensoren, insbesondere Pedalsensoren, erfasst werden. Zudem werden weitere Fahrparameter erfasst, die durch Fahrerassistenzsysteme und/oder Sicherheitssysteme bereitgestellt werden und die sich auf ein Drehmoment an der ersten und/oder zweiten Achse auswirken sollen.
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Aus dem erfassten Fahrerwunsch und den Fahrparametern wird in Schritt S2 einerseits ein Gesamtmoment bestimmt, das auf die erste und die zweite Achse übertragen werden soll, und andererseits eine Momentverteilung, die die Verteilung des Gesamtmoments auf die erste und die zweite Achse beschreibt. Die Momentverteilung kann fest vorgegeben sein, jedoch auch angepasst werden, um in bestimmten Fahrsituationen die Balance des Kraftfahrzeugs und somit das Fahrverhalten zu beeinflussen. Das Gesamtmoment kann derart gerichtet sein, dass die erste und die zweite Achse beschleunigt werden oder dass sie abgebremst werden.
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In Schritt S3 kann das in Schritt S2 bestimmte Gesamtmoment geformt werden. Insbesondere kann der zeitliche Verlauf des Gesamtmoments gefiltert werden, um Änderungen des Gesamtmoments zu glätten oder eine Änderungsrate des Gesamtmoments kann begrenzt werden. Beide Ansätze führen zu einer Reduzierung plötzlicher Momentänderungen an der ersten und der zweiten Achse und können somit zu einem angenehmeren Fahrverhalten führen. Zwar ist im beschriebenen Verfahren, wie im Folgenden noch erläutert wird, eine Glättung der einzelnen Sollmomente für die erste und die zweite Achse vorgesehen, in Abhängigkeit der konkreten Umsetzung des Verfahrens sowie der Ausbildung des Kraftfahrzeugs kann es jedoch vorteilhaft sein, bereits auf Gesamtmomentebene eine Glättung durchzuführen, um ein insgesamt besseres Fahrverhalten zu erreichen. In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens wäre es jedoch möglich, keine Glättung auf Gesamtmomentebene vorzusehen und Schritt S3 zu überspringen.
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In Schritt S4 wird ein erstes und ein zweites Zielmoment bestimmt, indem das Gesamtmoment gemäß der vorangehend bestimmten Momentverteilung auf die erste und zweite Achse aufgeteilt wird. Das erste bzw. zweite Zielmoment beschreiben Drehmomente, die an der ersten und der zweiten Achse eingestellt werden sollen. Um die mechanischen Grenzen des Kraftfahrzeugs, insbesondere die Leistungsfähigkeit der Antriebseinrichtung oder der Antriebseinrichtungen sowie eine mechanische Belastbarkeit des der jeweiligen Achse zugeordneten Antriebsstrangs, zu berücksichtigen und um eine negative Beeinflussung des Fahrverhaltens und/oder des Fahrkomforts zu verhindern, werden die ermittelten Zielmomente jedoch nicht direkt zur Steuerung des Drehmoments an der ersten und zweiten Achse herangezogen, sondern wie im Folgenden erläutert weiterverarbeitet.
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Die beschriebene Weiterverarbeitung formt einerseits den zeitlichen Verlauf des ersten und zweiten Drehmoments an der ersten und zweiten Achse, um die potentiell unterschiedlichen Systemgrenzen für die beiden Achsen zu berücksichtigen. Würde diese Formung jedoch unabhängig voneinander für die erste und die zweite Achse erfolgen, so könnte im Rahmen der Führung des jeweiligen Drehmoments zum jeweiligen Zielmoment die Momentverteilung zwischen der ersten und der zweiten Achse stark von der vorgegebenen Momentverteilung abweichen. Daher ist eine Kopplung zwischen den Drehmomentvorgaben für die erste und die zweite Achse vorgesehen.
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In Schritt S5 wird ein erster Istwert des ersten Drehmoments an der ersten Achse und ein zweiter Istwert des zweiten Drehmoments an der zweiten Achse erfasst. Eine Erfassung der Istwerte kann über an den jeweiligen Achsen oder in dem jeweiligen Antriebsstrang vorgesehene Sensoren erfolgen.
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Es ist jedoch auch möglich, den Istwert des Drehmoments aus einer Steuergröße des Drehmoments zu bestimmen, die in einem der Schritte S13 bis S17 eines vorangehenden Durchlaufs des Verfahrens bereitgestellt wurde.
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In Schritt S6 wird überprüft, ob zwischen dem ersten Istwert und dem ersten Zielwert und zwischen dem zweiten Istwert und dem zweiten Zielwert jeweils ein Schwellwert liegt, der gemeinsam für beide Achsen oder separat für die Achsen vorgegeben sein kann. Ist dies für beide Achsen der Fall, so wird der für die erste Achse vorgegebene erste Schwellwert als erster Sollwert und der für die zweite Achse vorgegebene zweite Schwellwert als zweiter Sollwert bereitgestellt. Die Anpassung des Drehmoments der ersten und zweiten Achse wird im folgenden Verfahren zunächst so durchgeführt, dass die Drehmomente zum ersten bzw. zweiten Schwellert geführt werden. Anderenfalls wird der erste Zielwert als erster Sollwert und der zweite Zielwert als zweiter Sollwert vorgegeben, so dass die Führung der Drehmomente direkt zum jeweiligen Zielwert erfolgt.
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Wie im Folgenden genauer erläutert, soll die Anpassung des ersten und zweiten Drehmoments derart erfolgen, dass der erste und zweite Sollwert im Wesentlichen zeitgleich erreicht werden. Durch das Vorsehen von Schwellwerten, zu denen das jeweilige Drehmoment zunächst geführt wird, ist es möglich, dass die als Schwellwert vorgegebenen Drehmomente, falls sie jeweils im Intervall zwischen dem Zielwert und dem Istwert liegen, im Wesentlichen zeitgleich erreicht werden. Die Führung des Drehmoments zum Zielwert kann somit innerhalb von zwei Zeitintervallen erfolgen, wobei im ersten Zeitintervall das jeweilige Drehmoment zum Schwellwert geführt wird und anschließend zum Zielwert. Als erster und zweiter Schwellwert kann insbesondere ein Drehmoment von 0 Nm vorgegeben werden. Durch diesen Schwellwert kann erreicht werden, dass in dem Fall, in dem für beide Achsen zwischen einem positiven und einem negativen Drehmoment gewechselt werden soll oder umgekehrt der Vorzeichenwechsel des Drehmoments im Wesentlichen gleichzeitig erfolgt. Dies kann zu einer weiteren Verbesserung des Fahrkomforts und des Fahrverhaltens des Kraftfahrzeugs führen.
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In alternativen Ausführungsformen des Verfahrens wäre es möglich, auf Schritt S6 zu verzichten und in Schritt S4 statt der jeweiligen Zielwerten für das Drehmoment direkt Sollwerte zu bestimmen.
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In Schritt S7 wird ein Sollgradient für das zweite Drehmoment und in Schritt S8 ein weiterer Sollgradient für das erste Drehmoment bestimmt. Der Sollgradient beschreibt eine zeitliche Änderung des jeweiligen Drehmoments und kann insbesondere einer Drehmomentänderung entsprechen, die im jeweiligen Verfahrensdurchlauf durchgeführt werden soll. Wird das Verfahren mit einer ausreichend kurzen Wiederholrate durchgeführt, entspricht eine Änderung des jeweiligen Drehmoments in jedem Verfahrensdurchlauf um einen vorgegebenen Wert im Wesentlichen einer kontinuierlichen Änderung des entsprechenden Drehmoments mit einem dem Wert zugeordneten Gradienten.
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Der Sollgradient wird in Abhängigkeit des zweiten Sollwertes und des zweiten Istwertes bestimmt und der weitere Sollgradient in Abhängigkeit des ersten Sollwertes und des ersten Istwertes. Hierbei kann der Betrag des Sollgradienten ausschließlich von dem jeweiligen Istwert abhängen und das Vorzeichen des Sollgradienten vom Vorzeichen der Differenz des jeweiligen Sollwertes und des jeweiligen Istwertes. Die Ermittlung des Sollgradienten und/oder des weiteren Sollgradienten kann beispielsweise durch einen vorgegebenen funktionalen Zusammenhang zu den Eingangsgrößen oder durch eine Look-Up-Tabelle erfolgen. Die Vorgabe des Sollgradienten bzw. des weiteren Sollgradienten dient einer Formung der zeitlichen Änderung des ersten bzw. des zweiten Drehmoments derart, dass eine durch den ersten bzw. zweiten Sollwert vorgegebene zeitliche Änderung gefiltert wird und/oder ein Gradient der Änderung begrenzt wird.
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In Schritt S9 wird eine weitere Änderungszeit bis zu einem Erreichen des zweiten Sollwertes durch das zweite Drehmoment prognostiziert und im Schritt S10 eine Änderungszeit bis zum Erreichen des ersten Sollwertes durch das erste Drehmoment. Die Prognose der Änderungszeit erfolgt in Abhängigkeit des ersten Istwertes und des ersten Sollwertes sowie des weiteren Sollgradienten und die Prognose der weiteren Änderungszeit in Abhängigkeit des zweiten Istwertes, des zweiten Sollwertes und des Sollgradienten. Zur Prognose der Änderungszeit kann eine Differenz zwischen dem ersten Sollwert und dem ersten Istwert durch den weiteren Sollgradienten geteilt werden. Entsprechend kann die weitere Änderungszeit berechnet werden.
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In Schritt S11 wird für das zweite Drehmoment ein Maximalgradient und für das erste Drehmoment ein weiterer Maximalgradient vorgegeben. Die Vorgabe des Maximalgradienten erfolgt in Abhängigkeit des Quotienten der Differenz zwischen dem zweiten Sollwert und dem zweiten Istwert als Zähler und der Änderungszeit als Nenner und entsprechend für den weiteren Maximalgradienten. Der Maximalgradient für das zweite Drehmoment beschreibt eine maximale Änderungsrate, wobei bei einer Änderung des zweiten Drehmoments mit dieser Änderungsrate der zweite Sollwert genau dann durch das zweite Drehmoment erreicht würde, wenn auch ein mit dem weiteren Sollgradient geändertes erstes Drehmoment den ersten Sollwert erreichen würde. Der Maximalgradient und der weitere Maximalgradient dienen daher der Begrenzung der Änderungsrate des zweiten bzw. des ersten Drehmoments.
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In Schritt S12 wird überprüft, ob der Betrag des Sollgradienten kleiner als der Betrag des Maximalgradienten ist. Ist dies der Fall, so erfolgt in Schritt S13 ein Ansteuern der Antriebseinrichtung und/oder einer Momentverteileinrichtung zur Bereitstellung des zweiten Drehmoments in Abhängigkeit des Sollgradienten. Anderenfalls erfolgt in Schritt S14 eine Ansteuerung der Antriebseinrichtung bzw. der Momentverteileinrichtung in Abhängigkeit des Maximalgradienten. Die Bereitstellung des zweiten Drehmoments erfolgt derart, dass eine Änderung des zweiten Drehmoments gemäß dem Sollgradienten erfolgt, jedoch durch den Maximalgradienten begrenzt ist. Bei einer Steuerung gemäß dem Sollgradienten ändert sich das zweite Drehmoment gemäß der in Schritt S7 vorgegebenen Formung der Drehmomentänderung. Durch die Berücksichtigung des Maximalgradienten wird jedoch der zeitliche Verlauf des ersten Drehmoments berücksichtigt, so dass ein Erreichen des ersten Sollwertes durch das erste Drehmoment und des zweiten Sollwertes durch das zweite Drehmoment im Wesentlichen zeitgleich erfolgen.
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Die Schritte S15 bis S17 entsprechen den Schritten S12 bis S14, wobei sie jedoch die Bereitstellung des ersten Drehmoments betreffen. In Schritt S15 wird überprüft, ob der Betrag des weiteren Sollgradienten kleiner ist als der Betrag des weiteren Maximalgradienten und in diesem Fall wird in Schritt S16 die Antriebseinrichtung bzw. die Momentverteileinrichtung zur Bereitstellung des ersten Drehmoments in Abhängigkeit des weiteren Sollgradienten angesteuert. Anderenfalls erfolgt die Ansteuerung in S17 gemäß dem weiteren Maximalgradienten.
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Im Anschluss an die Schritte S13, S14, S16 bzw. S17 wird das Verfahren ab Schritt S1 wiederholt. Im einfachsten Fall bleiben hierbei der Fahrerwunsch sowie die weiteren Parameter, die in Schritt S1 ermittelt werden, konstant, so dass in den weiteren Verfahrensschritten eine weitere Führung des ersten Drehmoments zum ersten Zielwert und des zweiten Drehmoments zum zweiten Zielwert erfolgt. Ändern sich jedoch der Fahrerwunsch bzw. die weiteren Parameter, so kann sich auch der erste bzw. der zweite Zielwert ändern, so dass das erste bzw. das zweite Drehmoment von diesem Zeitpunkt an zu einem entsprechend angepassten ersten bzw. zweiten Zielwert geführt werden.
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Die 2 bis 6 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele für die Anwendung des beschriebenen Verfahrens in verschiedenen Fahrsituationen. Zur klareren Darstellung ist in den Beispielen jeweils nur eine Änderung des Gesamtmoments dargestellt und eine Führung des ersten und des zweiten Drehmoments erfolgt jeweils direkt zu einem Zielwert, der mit dem Sollwert identisch ist, das heißt es werden keine zusätzlichen Schwellwerte berücksichtigt.
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2 zeigt den zeitlichen Verlauf von Drehmomenten in einer Fahrsituation, in der ein in Abhängigkeit eines Fahrerwunsches vorgegebenes Gesamtmoment zum Zeitpunkt 1 von einem positiven zu einem negativen Gesamtmoment geändert werden soll, wobei das Verhältnis des ersten Drehmomentes an der ersten Achse und des zweiten Drehmomentes an der zweiten Achse konstant bleiben soll. Durch die vorangehend beschriebene Formung des Gesamtdrehmoments springt der durch die Linie 2 dargestellte Verlauf des Gesamtdrehmoments nicht zwischen Werten, sondern zeigt einen kontinuierlichen Übergang. Vor dem Zeitpunkt 1 ist das Gesamtdrehmoment derart auf die erste und die zweite Achse verteilt, dass das erste Drehmoment den ersten Istwert 3 und das zweite Drehmoment den zweiten Istwert 4 aufweist. Würde das erste und das zweite Drehmoment nicht weiter geformt, so würden sie gemäß den durchgezogenen Linien 5, 6 zu dem ersten Sollwert 7 bzw. dem zweiten Sollwert 8 geführt. Um unterschiedliche Antriebsleistungen der den einzelnen Achsen zugeordneten Antriebseinrichtungen und/oder die mechanische Auslegung des Antriebs der jeweiligen Achse zu berücksichtigen, werden der zeitliche Verlauf des ersten und des zweiten Drehmoments geformt, indem durch eine Begrenzung der Änderungsraten jeweils Sollgradienten vorgegeben werden. Die gestrichelten Linien 9, 10 zeigen den zeitlichen Verlauf des ersten und des zweiten Drehmoments, wenn die Ansteuerung der wenigstens einen Antriebseinrichtung und/oder der wenigstens einen Momentverteilungseinrichtung zur Bereitstellung des ersten und zweiten Drehmoments jeweils in Abhängigkeit des weiteren Sollgradienten bzw. des Sollgradienten erfolgen würde. Wie am Verlauf der gestrichelten Linien 9, 10 zu erkennen ist, ist die Änderungsrate des jeweiligen Drehmoments im Bereich des Nulldurchgangs des Drehmoments stärker begrenzt. Eine derartige Begrenzung ist zweckmäßig, da sich ein Vorzeichenwechsel des Drehmoments besonders stark auf die Fahreigenschaften und den Fahrkomfort auswirkt.
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Eine unabhängige Steuerung der Drehmomente an der ersten und der zweiten Achse, wie sie durch die gestrichelten Linien 9, 10 dargestellt ist, würde dazu führen, dass der erste und zweite Sollwert 7, 8 zu deutlich unterschiedlichen Zeiten erreicht werden, die durch das Zeitintervall 11 beabstandet ist. Ein Vorzeichenwechsel des ersten und des zweiten Drehmoments würde ebenfalls zu deutlich unterschiedlichen Zeiten erfolgen, die durch das Zeitintervall 12 beabstandet sind. Dies führt dazu, dass die Drehmomentverteilung auf die erste und die zweite Achse stark zeitabhängig ist und dass für ein relativ langes Zeitintervall 12 Drehmomente unterschiedlicher Vorzeichen an den beiden Achsen anliegen. Um den Fahrkomfort und das Fahrverhalten zu verbessern, werden daher, wie bereits zu 1 erläutert, der Sollgradient durch den Maximalgradienten und der weitere Sollgradient durch den weiteren Maximalgradienten begrenzt. Dies führt zu einer Abflachung des zeitlichen Verlaufs des zweiten Drehmoments, das durch die gestrichelte Linie 13 dargestellt ist. Der Momentanwert des Maximalgradienten bestimmt sich aus einem Quotienten der Differenz des zweiten Sollwertes 8 und des momentanen zweiten Istwertes als Zähler und einer prognostizierten Änderungszeit für das erste Drehmoment als Nenner. Die Änderungszeit entspricht der Zeit bis zum Erreichen des ersten Sollwertes, wenn die gemäß der gestrichelten Linie 9 vorgegebene Änderungsrate für das erste Drehmoment als konstant angenommen wird. Als Resultat dieses Vorgehens wird die Drehmomentveränderung an jener Achse, an der sie bei einer unabhängigen Berechnung schneller erfolgen würde, verlangsamt, um ein im Wesentlichen gleichzeitiges Erreichen des ersten und zweiten Sollwertes durch das erste und zweite Drehmoment zu erreichen. Durch diese Anpassung wird auch der Zeitabstand zwischen den Nulldurchgängen für das erste und das zweite Drehmoment auf das Zeitintervall 14 reduziert.
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Die 3 und 6 zeigen den zeitlichen Verlauf von Drehmomenten in verschiedenen weiteren Fahrsituationen, in denen sich aufgrund eines Fahrerwunsches ab dem Zeitpunkt 1 das erste und das zweite Drehmoment ändern sollen. Die unterschiedlichen Fahrsituationen unterscheiden sich einerseits dahingehend, dass in einigen der Ausführungsbeispiele das Gesamtmoment einen Vorzeichenwechsel zeigt und in anderen nicht, wobei in einem der Beispiele das Gesamtmoment konstant ist, und sich andererseits in einigen der Ausführungsbeispiele ein Drehmomentverhältnis zwischen der ersten und der zweiten Achse ändert und in anderen nicht. Hierbei werden in den 3 bis 6 weitgehend die gleichen Bezugszeichen genutzt, wie in 2, wobei sie jeweils die gleichen Gegenstände bezeichnen. Im Folgenden sollen für die in 3 bis 6 dargestellten Fahrsituationen ausschließlich die Unterschiede zu der in 2 dargestellten Fahrsituation erläutert werden.
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3 zeigt, wie 2, einen Wechsel von einem positiven Gesamtmoment zu einem negativen Gesamtmoment, also beispielsweise einen Wechsel von einem Antrieb zu einer Rekuperation. Im Gegensatz zu 2 wechselt hierbei jedoch das Verhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Drehmoment. Anfänglich ist der Istwert 3 des ersten Drehmoments betragsmäßig größer als der Istwert 4 des zweiten Drehmoments. Dieses Verhältnis ist für den ersten und zweiten Sollwert 7, 8 umgekehrt. Auch in diesem Fall werden die zu 2 erläuterten Vorteile erreicht. Durch eine Begrenzung des Gradienten des zweiten Drehmoments auf einen Maximalgradienten, wie durch die gestrichelte Linie 13 gezeigt, wird das Zeitintervall 11 zwischen dem Erreichen des ersten und des zweiten Sollwertes auf im Wesentlichen null reduziert und wird der Abstand zwischen den Nulldurchgängen für das erste und das zweite Drehmoment, wie durch die Zeitintervalle 12, 14 gezeigt, deutlich reduziert.
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4 zeigt den zeitlichen Verlauf von Drehmomenten in einer Fahrsituation, bei der zu dem Zeitpunkt 1 ein Gesamtmoment reduziert wird, beispielsweise weil ein Fahrer den Druck auf ein Fahrpedal reduziert. Die Reduzierung des Gesamtmoments soll derart erfolgen, dass das Verhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Drehmoment im Wesentlichen konstant bleibt. Durch die Begrenzung der Änderungsrate des zweiten Drehmoments durch einen Maximalgradienten, wie sie durch die gestrichelte Linie 13 dargestellt ist, wird auch hier das Zeitintervall 11 zwischen dem Erreichen des ersten und des zweiten Sollwertes auf im Wesentlichen null reduziert und das Drehmomentverhältnis kann während der Reduzierung des Gesamtmoments im Wesentlichen konstant gehalten werden.
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5 zeigt den zeitlichen Verlauf von Drehmomenten in einer Fahrsituation, in der ebenfalls ein Gesamtmoment reduziert wird, das Verhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Drehmoment jedoch im Rahmen der Gesamtmomentreduzierung verändert wird. Auch für diesen Fall wird durch eine Begrenzung des Gradienten des zweiten Drehmoments, wie sie durch die Linie 13 dargestellt ist, erreicht, dass das Zeitintervall 11 zwischen dem Erreichen des ersten und zweiten Sollwertes im Wesentlichen auf null reduziert wird, womit das tatsächliche Drehmomentverhältnis zwischen der ersten und der zweiten Achse sich deutlich gleichmäßiger verändert, als wenn eine entsprechende Korrektur nicht erfolgen würde.
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6 zeigt den zeitlichen Verlauf von Drehmomenten in einer Fahrsituation, in der im Gegensatz zu den vorangehenden Beispielen das Gesamtmoment, das durch die Linie 2 dargestellt ist, konstant gehalten werden soll, jedoch ein Drehmomentverhältnis zwischen der ersten und der zweiten Achse angepasst werden soll. Entsprechende Änderungen können beispielsweise auftreten, wenn eine der Achse durch einen Verbrennungsmotor und eine der Achsen durch einen Elektromotor angetrieben wird und der Anteil des Elektromotors an der Antriebsleistung variiert werden soll. Wie in den vorangehenden Beispielen zeigen die gestrichelten Linien 9, 10 jeweils den Verlauf des ersten bzw. des zweiten Drehmoments, wenn diese gemäß des weiteren Sollgradienten bzw. des Sollgradienten, das heißt unabhängig voneinander, angepasst würden. Das Zeitintervall 11 zwischen dem Erreichen des ersten Sollwertes 7 und dem Erreichen des zweiten Sollwerts 8 würde dazu führen, dass das Gesamtmoment zwischen dem Zeitpunkt 1 und dem Zeitintervall 11 zunächst sinken würde und im Zeitintervall 11 wieder ansteigen würde. Ein entsprechender Einbruch im Gesamtmoment kann im Fahrzeug als Ruck wahrgenommen werden und soll vermieden werden. Durch die Anwendung des mit Bezug auf 1 beschriebenen Verfahrens wird in der gezeigten Fahrsituation die Änderungsrate des ersten Drehmoments durch einen weiteren Maximalgradienten begrenzt, wie es als gestrichelte Linie 15 dargestellt ist. Durch diese Ansteuerung in Abhängigkeit des weiteren Maximalgradienten kann das Gesamtmoment im Wesentlichen konstant gehalten werden.
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Wie in den 2 bis 6 dargestellt, führt das erfindungsgemäße Verfahren in allen Fahrsituationen, in denen es sich das erste und zweite Drehmoment gemäß eines ersten und zweiten Sollwertes ändern sollen, zu eine Verbesserung des Fahrverhaltens und/oder des Fahrkomforts.
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7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeugs 16, das zur Ausführung des vorangehend erläuterten Verfahrens eingerichtet ist. Das Kraftfahrzeug 16 weist eine separat antreibbare erste und zweite Achse 17, 18 auf. Die erste Achse 17 wird durch eine erste Antriebseinrichtung 19, einen Verbrennungsmotor, über das Vorderachsdifferential 20 angetrieben. Die zweite Achse 18 wird über eine zweite Antriebseinrichtung 21, einen Elektromotor, über das Hinterachsdifferential 28 angetrieben. Eine Steuereinrichtung 22 steuert die erste und zweite Antriebseinrichtung 19, 21 derart an, dass diese ein erstes bzw. zweites Drehmoment über die Differentiale an die erste und zweite Achse 17, 18 bereitstellen. Zur Erfassung eines Fahrwunsches für ein Gesamtmoment, das auf die erste und die zweite Achse 17, 18 verteilt werden soll, ist ein Sensor 23, nämlich ein an einem Fahrpedal angeordneter Sensor, vorgesehen. Durch ein weiteres Fahrzeugsystem 24, eine Energiemanagementeinrichtung, die in Abhängigkeit von Fahrbedingungen den Betrieb des Elektromotors regelt, wird eine Momentverteilung zwischen den an die erste und die zweite Achse 17, 18 zugeführten ersten und zweiten Drehmomenten vorgegeben. Die Ansteuerung der ersten und zweiten Antriebseinrichtung erfolgt, wie zu 1 erläutert. Die Erfassung der Istwerte des ersten und des zweiten Drehmoments erfolgt hierbei, indem Ansteuerwerte für die erste und die zweite Antriebseinrichtung 19, 21 aus vorangehenden Verfahrensdurchläufen ausgewertet werden. Alternativ wäre es möglich, die auf die erste und zweite Achse 17, 18 übertragenen Drehmomente durch Drehmomentsensoren zu erfassen, die an der ersten und zweiten Antriebseinrichtung 19, 21 oder am Vorderachsdifferential 20 und am Hinterachsdifferential 28 vorgesehen werden können.
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8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeugs 25 mit einer separat antreibbaren ersten und zweiten Achse 17, 18. Wesentlicher Unterschied zu dem in 7 gezeigten Kraftfahrzeug 16 ist, dass das Kraftfahrzeug 25 nur eine Antriebseinrichtung 26 und zusätzlich eine Momentverteileinrichtung 27 aufweist. Die Momentverteileinrichtung 27 kann beispielsweise eine Torque-Vectoring-Einrichtung sein, die ein durch die Antriebseinrichtung 26 bereitgestelltes Drehmoment gemäß einer vorgegebenen Momentverteilung auf das Vorderachsdifferential 20 und das Hinterachsdifferential 28 verteilen kann. Der Betrieb der Steuereinrichtung 22 erfolgt, wie zu 1 und 7 erläutert, wobei zur Bereitstellung des ersten und zweiten Drehmoments jeweils sowohl die Antriebseinrichtung 26 zur Bereitstellung eines Summenmoments angesteuert wird, als auch die Momentverteileinrichtung 27 zur Aufteilung des Summenmoments in ein erstes Drehmoment, das dem Vorderachsdifferential 20 zugeführt wird und ein zweites Drehmoment, das dem Hinterachsdifferential 28 zugeführt wird.
