DE102015113080B4

DE102015113080B4 - Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges eines Fahrzeugs mit einem Kupplungsaggregat zur Verteilung von Drehmoment und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102015113080B4
Application number: DE102015113080.7A
Authority: DE
Inventors: Frank Discher; Kai Sorge
Original assignee: GKN Automotive Ltd
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2015-08-07
Filing date: 2015-08-07
Publication date: 2018-02-22
Anticipated expiration: 2035-08-08
Also published as: US20180215260A1; CN108136901B; WO2017025382A2; CN108136901A; DE102015113080A1; US10625607B2; WO2017025382A3

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges (19) eines Fahrzeugs (4) mit einem Kupplungsaggregat (1) zur Verteilung von Drehmoment auf einer primären Achse (2) und einer sekundären Achse (3) des Fahrzeuges (4), wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte umfasst: (a) Bestimmen eines verfügbaren Antriebs; (b) Errechnen eines Überschuss-Drehmoments an der primären Achse (2); (c) Bestimmen eines aktuellen Maximal-Drehmoments an der sekundären Achse (3); (d) Bereitstellen des Überschuss-Drehmoments an die sekundäre Achse (3), soweit dies das Maximal-Drehmoment nicht überschreitet; so dass aus der Betrachtung des vom Fahrer angeforderten Motormoments das Kupplungsaggregat (1) vorausschauend aktuiert wird, so dass keine Drehzahldifferenz zwischen der primären Achse (2) und der sekundären Achse (3) entstehen kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges eines Fahrzeuges mit einem Kupplungsaggregat zur Verteilung von Drehmoment auf einer primären Achse und einer sekundären Achse des Fahrzeuges. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Methode für eine Fahrdynamik-Regelung bei bedarfsorientierten Allrad-Systemen und in diesem Zusammenhang grundsätzlich alle Fahrzeuge, bei denen Informationen hinsichtlich des aktuellen Motormoments, der Längsbeschleunigung und/oder der Querbeschleunigung, der Gierraten (Bezeichnet die Geschwindigkeit der Drehung eines Fahrzeugs um die Hochachse) und der Raddrehzahlen vorliegen. Die Erfindung betrifft insofern insbesondere Allrad-getriebene Fahrzeuge, bei denen mittels eines elektronisch geregelten Kupplungsaggregates entweder die Hinterachse oder die Vorderachse zugeschaltet werden kann. Bei dem Kupplungsaggregat handelt es sich insbesondere um eine elektronisch gesteuerte Lamellenkupplung.
Es sind Ansätze zur Ansteuerung einer elektronisch geregelten Lamellenkupplung bekannt, die hauptsächlich auf einer Betrachtung einer je nach Anwendungen relevanten Drehzahldifferenz am Eingang und Ausgang der Lamellenkupplung basieren. Somit wurde bislang im Wesentlichen mit Bezug auf die aktuell vorliegende Drehzahldifferenz (nachträglich) reagiert. Dies hat aber diverse fahrdynamische Nachteile.
Ein solches Verfahren ist aus der DE 10 2009 005 378 A1 bekannt. Dort wird ein Antriebsstrang mit zuschaltbarem Allrad-Antrieb beschrieben, wobei in Abhängigkeit von einem detektierten Radschlupf an der Primärachse eine zur Übertragung von Drehmomenten auf die Sekundärachse vorgesehene Kupplung dann geschlossen wird. Damit wird ein Überschuss-Drehmoment von der Primärachse – nach Feststellung eines Schlupfes – an die Sekundärachse übertragen.
Aus der DE 10 2009 045 852 A1 ist ein Verfahren zum Erzeugen eines Bremsmoments bekannt. Dazu weist ein Fahrzeug an jeder Achse jeweils eine Getriebeeinheit auf, die sich hinsichtlich der Getriebeübersetzung unterscheiden. Dieser Unterschied in der Übersetzung führt bei geschlossener Kupplung zu einer Drehzahldifferenz zwischen Vorder- und Hinterachse. Ausreichend hohe Haftung vorausgesetzt, wird anstelle einer Differenzdrehzahl ein Bremsmoment generiert, indem bei sich schließender Kupplung die Kupplungsteile aneinander schleifen, wodurch Reibungsarbeit geleistet wird, die zu einem Abbremsen des Fahrzeugs führt.
Aus der DE 10 2005 035 882 A1 ist ein Verfahren zum Regeln der Fahrstabilität eines Kraftfahrzeuges bekannt. Danach wird das über eine automatisierte Kupplung zwischen Antriebsmotor und Rädern übertragbare Moment verändert, so dass ein Schlupf der angetriebenen Räder unmittelbar durch Steuerung des von der Kupplung übertragbaren Moments geregelt werden kann.
Weiter ist zu berücksichtigen, dass bei bekannten Systemen üblicherweise eine starre beziehungsweise im Verhältnis feste Umverteilung des Antriebsstrangmoments hin zur bedarfsweise zuschaltbaren beziehungsweise sekundären Achse erfolgt, was zu einem unverhältnismäßig hohen Leistungstransfer über den angehängten Antriebsstrang und somit zu erhöhtem Kraftstoffkonsum und Verschleiß führt. Dies ist gerade unter den aktuellen Klimazielen und dem gewünschten CO₂-Einsparmaßnahmen der Automobilhersteller nicht zielführend.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges eines Fahrzeuges angegeben werden, bei dem die Verteilung von Drehmoment auf eine primäre Achse und eine sekundäre Achse des Fahrzeuges unter fahrdynamischen Aspekten und/oder Umweltkriterien besonders effizient gestaltet ist. Das Verfahren soll insbesondere auch dazu führen, im Grenzbereich ein hohes Maß an Traktion und Fahrdynamik sicherzustellen, wobei gleichzeitig minimaler Leistungseinsatz und minimale Verluste im Antriebsstrang hingenommen werden sollen.
Dies wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Fahrzeug gemäß Patentanspruch 10 erreicht.
Hierzu trägt ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebstranges eines Fahrzeuges mit einem Kupplungsaggregat zur Verteilung von Drehmoment auf einer primären Achse und einer sekundären Achse des Fahrzeuges bei, wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte umfasst:

(a) Bestimmen eines verfügbaren Antriebs-Drehmoments;
(b) Errechnen eines Überschuss-Drehmoments an der primären Achse;
(c) Bestimmen eines aktuellen Maximal-Drehmoments an der sekundären Achse;
(d) Bereitstellen des Überschuss-Drehmoments an die sekundäre Achse, soweit dies das Maximal-Drehmoment nicht überschreitet.

Das Verfahren beruht insbesondere auf einem Vergleich des am Ganggetriebe ausgangsseitig aktuell anliegenden und dem Fahrzeug zur Verfügung gestellten Antriebs-Drehmoments mit dem potentiell an der primären Achse absetzbaren Moment. Die Differenz der beiden Momente kann oder muss dann an die sekundäre Achse weitergeleitet werden. Mit dem hier vorgestellten Verfahren wird insbesondere erreicht, dass einerseits möglichst genaue Angaben der vom Motor bereitgestellten Antriebs-Drehmomente, insbesondere unter Berücksichtigung des Fahrerwunschs, vorliegen und andererseits das an der primären Achse absetzbare Drehmoment ebenfalls möglichst genau abgeschätzt wird. Dieses Verfahren erlaubt insbesondere, eine elektronisch gesteuerte Lamellenkupplung bei dem Kupplungsaggregat vorausschauend so zu aktuieren, dass so wenig Allrad-Moment wie möglich, aber so viel nötig durch den Antriebsstrang zur angehängten sekundären Achse übertragen wird.
Gemäß Schritt (a) wird zunächst bestimmt, welches Antriebs-Drehmoment für den Antriebsstrang aktuell verfügbar ist. Hierzu wird insbesondere ermittelt, welches Antriebs-Drehmoment ausgangs des Ganggetriebes dem Antriebsstrang bereitgestellt wird. Hierzu können sensorische Messdaten, Kennfelder, etc. verwendet werden. Insbesondere wird das aktuell verfügbare Antriebs-Drehmoment berechnet. Das Antriebs-Drehmoment wird insbesondere anhand eines vom Antrieb des Fahrzeuges bereitgestellten Motormoments errechnet. Hierbei wird zwischen Fahrerwunschmoment (Motor-Sollmoment) und aktuellem Motormoment unterschieden. Die zeitliche Differenz beider Signale erlaubt eine vorauseilende Aktuierung des Stellglieds für den Betrieb des Kupplungsaggregates und verbessert das Gesamtfahrverhalten des Allradsystems gerade im fahrdynamischen Grenzbereich erheblich. Da das Fahrerwunschmoment zumeist deutliche Abweichungen nach oben vom tatsächlich bereitgestellten Motormoment aufweist, wird zur Verbesserung der Genauigkeit auch das aktuelle Motormoment betrachtet.
Gemäß Schritt (b) wird ein Überschuss-Drehmoment an der primären Achse bestimmt. Hierzu wird insbesondere errechnet, welches Moment aktuell tatsächlich von der primär angetriebenen Achse in eine Vortriebsbewegung des Fahrzeuges umgesetzt werden kann, und dieses mit dem seitens des Antriebs bereitgestellten Antriebs-Drehmoment verglichen. Soweit das Antriebs-Drehmoment tatsächlich größer als das in Vortrieb umsetzbare Drehmoment an der primär angetriebenen Achse ist, lässt sich ein Überschuss-Drehmoment identifizieren. Dieses Überschuss-Drehmoment wäre damit für den Antrieb der sekundären Achse grundsätzlich frei verfügbar.
Gemäß Schritt (c) wird bestimmt, welches Maximal-Drehmoment an der sekundären Achse aktuell tatsächlich in Vortriebsbewegung umgesetzt werden kann. Auch dieses aktuelle Maximal-Drehmoment an der sekundären Achse kann ermittelt beziehungsweise berechnet werden.
Gemäß Schritt (d) wird nun das an der primären Achse nicht umsetzbare Überschuss-Drehmoment an die sekundäre Achse übertragen, aber nur so weit, dass das dort tatsächlich umsetzbare Maximal-Drehmoment nicht überschritten wird. Insofern stellt Schritt (d) eine Limitierung des auf die sekundäre Achse verteilten Drehmoments in Abhängigkeit der aktuell maximal umsetzbaren Höhe bereit.
Besonders bevorzugt ist Schritt (a) derart, dass zumindest einer der folgenden Prozesse umfasst ist:

a.1 Ermittlung von Betriebsparametern eines Motors des Fahrzeuges,
a.2 Bestimmung eines Eingangsmoments an dem Ganggetriebe,
a.3 Bestimmung des verfügbaren Antriebs-Drehmoments aus dem Eingangsmoment an dem Ganggetriebe.

Aus den im Fahrzeug vorhandenen Signalen der Motorsteuerung kann beispielsweise ein Motormoment errechnet werden, das sehr genau den Verhältnissen am Eingang des Ganggetriebes entspricht. Mittels einer Gangerkennung bei Schaltgetrieben oder einer entsprechenden Getriebeinformation bei Automatikgetrieben kann das am Getriebeeingang vorliegende Moment in ein Ausgangsmoment umgerechnet werden. Dieses Antriebs-Drehmoment steht im Fahrzeug zur Verfügung und kann bedarfsgerecht auf die primäre und sekundäre Achse des Fahrzeuges verteilt werden.
Bei der Durchführung des Schrittes (b) ist bevorzugt mindestens einer der folgenden Prozesse umfasst:

b.1 Bestimmung eines an der primären Achse benötigten Drehmoments oder umsetzbaren Drehmoments,
b.2 Ermittlung des Überschuss-Drehmoments unter Berücksichtigung des verfügbaren Antriebs-Drehmoments einerseits und dem an der primären Achse benötigten oder umsetzbaren Drehmoments.

Über eine Abschätzung des übertragbaren Moments an der primären Achse kann das Überschuss-Drehmoment errechnet werden, das über das bedarfsgerecht betätigbare Kupplungsaggregat („on-demand”-Kupplung) an die sekundäre Achse weitergeleitet werden kann. Aus der Betrachtung des vom Fahrer angeforderten Motormoments kann das Kupplungsaggregat vorausschauend aktuiert werden, so dass keine Drehzahldifferenz zwischen der primären Achse und der sekundären Achse entstehen können.
Zur Abschätzung der Lasten, beziehungsweise umsetzbaren Drehmomente an der primären Achse und auch an der sekundären Achse kann ein Fahrzeug-Rechenmodell genutzt werden, wobei über beispielsweise einfache, geometrische Zusammenhänge und einige Fahrzeugbetriebsparameter die Achslastverteilung und die Radlastverteilung der sekundären Achse ermittelt werden können.
Zudem wird bevorzugt, dass Schritt (c) zumindest einen der folgenden Prozesse umfasst:

c.1: Bestimmen des aktuellen Maximal-Drehmoments an der sekundären Achse unter Berücksichtigung mindestens einer der folgenden Parameter: Lenkwinkel, Getriebegang, Fahrdynamikbereich;
c.2: Bestimmen des aktuellen Maximal-Drehmoments an der sekundären Achse, unter Berücksichtigung eines Reibwertes zwischen Rad und Untergrund,
c.3: Bestimmen des aktuellen Maximal-Drehmoments an der sekundären Achse, unter Berücksichtigung einer Drehzahldifferenz zwischen primärer Achse und sekundärer Achse,
c.4: Bestimmen des aktuellen Maximal-Drehmoments an der sekundären Achse unter Berücksichtigung einer Schubmomentverteilung an allen Rädern der primären Achse und sekundären Achse.

Ganz besonders bevorzugt ist hierbei, dass zumindest zwei der Prozesse c.1 bis c.4 durchgeführt werden, insbesondere sogar drei oder sogar alle vier Prozesse.
Ganz besonders bevorzugt ist, dass ein Reibwert zwischen Rad und Untergrund als Regelgröße für die Verteilung von Drehmoment auf einer primären Achse und einer sekundären Achse des Fahrzeuges dient und in Abhängigkeit von aktuellen Betriebsparametern des Fahrzeuges sprunghaft oder iterativ angepasst wird.
Weiter kann vorgesehen sein, dass eine Änderungsgeschwindigkeit der Anpassung des Reibwertes variabel ist.
Zudem ist vorteilhaft, dass ein Verhältnis von Drehmoment an einer primären Achse zum Drehmoment an einer sekundären Achse in Abhängigkeit eines Reibwertes zwischen Rad und Untergrund variabel eingestellt wird. Mit Bezug auf den Einsatz der vorstehend angeführten Parameter und insbesondere hinsichtlich des Reibwertes ist insbesondere folgendes anzumerken.
Üblicherweise sind die Geometrie-Daten zum Rad beziehungsweise der Räder des Fahrzeuges bekannt. Hiervon ausgehend kann unter Berücksichtigung diverser aktueller beziehungsweise berechneter Betriebsparameter des Fahrzeuges und/oder Messdaten zugehöriger Sensorik eine Abschätzung des aktuellen Reibwertes erreicht werden. Hierfür können insbesondere folgende Mechanismen eingesetzt werden:

1. Eine vektorielle Addition von Längsbeschleunigungen und Querbeschleunigungen am Fahrzeug liefert einen Grundreibwert, welcher aktuell vom Fahrzeug ausgenutzt wird. Dieser Wert bildet die Grundlage einer Abschätzung. Die weiteren Mechanismen, die im Folgenden vorgestellt werden, können diesen so ermittelten Grundreibwert regelmäßig nicht unterschreiten. Der so ermittelte Grundreibwert wird (mit einer sogenannten Schleppzeiger-Funktion) intermittierend oder kontinuierlich erhöht. Oberhalb einer frei einstellbaren Grenze (Hochreibwertbereich) bevorzugt schnell, unterhalb dieser frei einstellbaren Grenzen (Niedrigreibwertbereich) langsamer.
2. Im Fall, dass eine Gierratenabweichung (Abweichung zwischen aktuell vorliegender Gierrate und Soll-Gierrate) festgestellt wird, wird die Schleppzeiger-Funktion umgangen und deutlich schneller (wieder) auf den Grundreibwert heruntergestuft. Diesem Ansatz liegt insbesondere die Annahme zugrunde, dass eine Untersteuerreaktion oder Übersteuerreaktion des Fahrzeuges direkt mit einer Überschreitung der Haftreibung entweder an der Vorderachse oder an der Hinterachse zusammenhängt. In dem Gierratenvergleich wird die aktuell gemessene Fahrzeug-Gierrate mit der aus dem (in der Steuerung abgelegten und dem Fachmann geläufigen) Einspur-Modell errechneten Gierrate verglichen.
3. Im Fall, dass an der primär angetriebenen Achse Schlupf (= Abweichen der Geschwindigkeiten miteinander in Reibkontakt stehender mechanischer Elemente: hier Rad und Untergrund) auftritt, der aus dem anliegenden Antriebs-Drehmoment resultiert, wird über die abgeschätzte Achslast, den Radhalbmesser und den Antriebsmoment direkt ein Reibwert ermittelt.
4. Weiter werden dann zwei Reglermodule miteinander gekoppelt. Durch den abgeschätzten Reibwert wird die Höhe des, an der primär angetriebenen Achse absetzbare, Moment und somit direkt auch das zur sekundär angetriebenen Achse zu leitende Moment beeinflusst. Je niedriger der Reibwert an der primären Achse, desto mehr Moment kann/muss zur sekundär angetriebenen Achse geleitet werden. Der Mechanismus setzt zunächst den Reibwert der sekundären Achse fest, ggf. auch in Abhängigkeit der anderen drei vorstehenden Mechanismen. Dieser angenommene Reibwert führt zu einem Überschuss-Drehmoment an der sekundär angetriebenen Achse. Sobald sich dieses Überschuss-Drehmoment eingestellt hat und weitere Randbedingungen erfüllt sind, wird der Reibwert langsam erhöht. Solange bis das zweite große Reglermodul – der Schlupfregler – hier greift.

Ganz besonders bevorzugt ist, dass die Verteilung von Drehmoment auf einer primären Achse und einer sekundären Achse des Fahrzeuges jedenfalls auch im Schubbetrieb vorgenommen wird. Als Schubbetrieb wird bei einem motorisierten Fahrzeug der Fahrzustand bezeichnet, in dem bei nicht getrenntem Kraftschluss (z. B. bei nicht getretener Kupplung) der Motor durch das Fahrzeug geschleppt, also in Drehbewegung gehalten wird.
Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei einem Fahrzeug mit einer Einrichtung zur variablen Verteilung von Drehmoment auf unterschiedlichen Achsen des Fahrzeuges, wobei die Einrichtung geeignet und eingerichtet zur Durchführung des hier geschilderten Verfahrens ist.
Die Erfindung, sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Es zeigen schematisch:
1: ein Fahrzeug mit einer Einrichtung zur variablen Verteilung von Drehmoment auf unterschiedliche Achsen des Fahrzeuges, das grundsätzlich geeignet und eingerichtet ist zur Durchführung des hier erläuterten Verfahrens,
2: ein Regelkonzept mit mehreren Modulen zur Veranschaulichung des Verfahrens,
3: die Veranschaulichung eines ersten Moduls,
4: die Veranschaulichung eines zweiten Moduls,
5: die Veranschaulichung eines dritten Moduls, und
6: die Veranschaulichung eines vierten Moduls.
1 zeigt schematisch den Aufbau eines Fahrzeuges 4, bezüglich der mit dem Betrieb des Antriebsstranges 19 maßgeblichen Komponente. Das Fahrzeug 4 hat einen (mit Kraftstoff und/oder elektrisch betrieben) Motor 7, dem ein Ganggetriebe 8 direkt zugeordnet ist. Dem Ganggetriebe 8 nachgeordnet ist ein Verteilergetriebe 20, welches das Antriebsmoment vom Ganggetriebe 8 in einem vorbestimmten symmetrischen oder unsymmetrischen Verhältnis auf eine vordere primäre Achse 2 und eine hintere sekundäre Achse 3 des Fahrzeuges 4 aufteilt. Das Antriebsmoment wird so über die Seitenwellen 14, beziehungsweise die Längswelle 15 hin zu den Rädern 9 des Fahrzeuges 4 übertragen.
Weiter ist ein Kupplungsaggregat 1 vorgesehen, das beispielsweise einem hinteren Differentialgetriebe 21 vorgeschaltet ist und eine Lamellenkupplung, sowie extern steuerbare Betätigungseinheiten 5 zur Aktivierung, beziehungsweise Deaktivierung, aufweist. Es versteht sich, dass das Kupplungsaggregat 1 auch an einer anderen Stelle innerhalb des Antriebsstranges angeordnet sein kann, beispielsweise vorne am Anschluss, beziehungsweise integriert bei dem Verteilergetriebe 20. Die Betätigungseinheit 5 wird von einer elektronischen Steuereinheit beziehungsweise Einrichtung 6 gesteuert, die entsprechend elektrische Steuerströme über entsprechende Betätigungsleitungen 17 an die Betätigungseinheit 5 abgibt. Zur elektrischen Signalübertragung von und zur Steuereinheit beziehungsweise Einrichtung 6 ist eine serielle BUS-Anordnung 16 vorgesehen, die beispielsweise als CAN(controller area network)-BUS ausgebildet sein kann. Schnittstellen, Protokolle und elektrische Schaltungstechnik für die Signalübertragung auf einen CAN-BUS sind bekannt und müssen hier nicht näher erläutert werden. Es versteht sich, dass alternativ zu einer BUS-Anordnung 16, auch eine individuelle Verdrahtung der verschiedenen elektrischen Komponenten des Fahrzeuges mit der Steuereinheit vorgesehen sein kann. Die Steuereinheit umfasst einen programmgesteuerten Mikroprozessor und einen elektronischen Speicher, in dem ein Steuerprogramm abgelegt ist. Dabei werden vom Mikroprozessor nach Maßgabe eines Steuerprogramms entsprechende Steuersignale für die Betätigungseinheit 5 erzeugt. Zur Erzeugung entsprechender Steuersignale ist die Steuereinheit auf Informationen über verschiedene Betriebsparameter des Fahrzeuges angewiesen. Hierfür kann die Steuereinheit über die BUS-Anordnung 16 auf verschiedene Signale zugreifen, welche für diese Betriebsparameter repräsentativ sind. Es sind insbesondere Radsensoren 13 für ein (jedes) Rad, sowie Lenksensoren 18 zur Feststellung eines Lenkwinkels 11 des Fahrzeugs vorgesehen und (über Signalleiter 12) mit der Steuereinheit beziehungsweise Einrichtung 6 über die BUS-Anordnung 16 verbunden.
2 veranschaulicht ein Regelkonzept (R1), dem diverse Eingangssignale (IS) beispielsweise von Messwertaufnehmern, beziehungsweise Sensoren am Fahrzeug bereitgestellt werden, das diverse Module (SR1, SR2, SR3, SR4, SR5) umfasst und ein Ausgangssignal für den Betrieb beziehungsweise die Betätigung eines Kupplungsaggregates (OS) generiert. Das Regelkonzept (R1) sieht dabei insbesondere vor, dass Erkenntnisse aus dem Modul SR1 in das Modul SR2 überführt werden und dann gemeinsamen die Ergebnisse aus den Modulen SR2, SR3 und SR4 zum Analyse- und Ausgabemodul SR5 geleitet werden, das dann schließlich das aktuell einzustellende Übertragungsverhältnis hinsichtlich der Verteilung von Drehmoment hin zur sekundären Achse vorgibt und/oder einstellt.
Das Modul SR1 betrifft insbesondere ein sogenanntes Vorsteuermodul (PTM, preemptive torque module), welches aus dem erläuterten Momentvergleich an der primär angetriebenen Achse ein Überschuss-Moment errechnet, das (zeitlich) vorgesteuert an die sekundär angetriebene Achse weitergeleitet wird.
Das Modul SR2 ist ein sogenanntes Vorsteuerlimitierungsmodul (PLM, preemptive limitation module), welches das vorgesteuerte Überschuss-Moment zur sekundären Achse in Abhängigkeit z. B. des Lenkwinkels, des aktuellen Getriebegangs und/oder des Abstands der aktuellen Fahrsituation hin zum fahrdynamischen Grenzbereich (in Abhängigkeit des aktuellen Reibwerts) limitiert. Dies erfolgt insbesondere selbstjustierend beziehungsweise automatisch (bevorzugt ohne neue Datenerhebung für Werte der Betriebsparameter des Fahrzeugs).
Das Modul SR3 betrifft insbesondere einen Schlupfregler (TCM, traction control module), welcher die Drehzahldifferenz zwischen der primären Achse und der sekundären Achse überwacht.
Weiter umfasst das Konzept R1 das Modul SR4, insbesondere ein sogenanntes Fahrdynamikmodul (VDM, vehicle dynamics module), welches die Verteilung des Schubmoments auf alle Räder überwacht. Hierbei wird insbesondere durch einen Gierratenvergleich sichergestellt, dass das Fahrzeug keinen instabilen Fahrzustand erreicht hat.
Gegenstand des Moduls SR4 kann zudem eine Off-road-Funktion sein, die bei einem ungewollten Rückwärtsrutschen des Fahrzeuges versucht, ein vorgebbares Kupplungsbremsmoment von der Vorderachse auf die stärker belastete Hinterachse zu übertragen. Hierdurch wird gezielt die Kontrollierbarkeit und somit auch die Fahrsicherheit erhöht.
3 dient der Veranschaulichung des Moduls SR1. Das Modul besteht insbesondere aus folgenden Subsystemen:

– ein Subsystem SR1.1, das den Reibwert für die Sondersituationen „Losfahren” festlegt (ggf. Setzen eines vorgegebenen Reibwertes),
– ein Subsystem SR1.2, das das übertragene Moment an der Vorderachse errechnet (ggf. anhand von ermittelten Betriebsparametern, wie Querbeschleunigung, Längsbeschleunigung und/oder Achslast an der Vorderachse),
– ein Subsystem SR1.3, das das übertragene Moment an der Hinterachse errechnet (ggf. anhand von ermittelten Betriebsparametern, wie Querbeschleunigung, Längsbeschleunigung, Raddrehzahl, Allrad-Betriebsmodus und/oder Achslast an der Hinterachse),
– ein Subsystem SR1.4, das ein Grundmoment parametrisiert (ggf. anhand von ermittelten Betriebsparametern, wie Ganggetriebesituation, Fahrzeuggeschwindigkeit, Lenkwinkel und/oder Allrad-Betriebsmodus),
– ein Subsystem SR1.5, in dem das Überschuss-Moment ermittelt wird (ggf. anhand von Ergebnissen der Subsysteme SR1.1 bis SR1.4, sowie ermittelten Betriebsparametern, wie Fahrerwunschmoment und aktuell lieferbarem Moment), und
– ein Subsystem SR1.6, in dem die Drehmomente der verschiedenen Module zusammengefasst werden.

Das angeforderte Drehmoment soll dann aus diversen Gründen limitiert werden, eine Aufgabe, die das Modul SR2 übernimmt, das schematisch in 4 veranschaulicht ist. Im Subsystem SR2.1 wird das vom Modul SRI bereitgestellte Moment insbesondere zum einen über den Lenkwinkel und die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und zum anderen zwischen einer Normalfahrt und einer Sonderfahrt (z. B. Off-Road-Fahrten) unterschieden und entsprechend beschränkt. Im Subsystem SR2.2 wird zusätzlich gangabhängig eine Beschränkung vorgenommen und gleichzeitig entschieden, ob das Fahrzeug geradeaus fährt (starke Limitierung), sich auf Niedrigreibwert am Limit (mittlere Limitierung) oder auf einem Hochreibwert am Limit (keine Limitierung) befindet. Hier kann Situations- und Reibwertabhängig der Vorsteueranteil intelligent reduziert und limitiert werden. Zudem können weitere verschiedene Parameter vorgeben werden, deren Drehmomentlimitierung ebenfalls unterschiedlich ausgeführt werden kann.
5 veranschaulicht das Modul SR3, namentlich einen Schlupfregler, der beispielsweise aus einem PI-Regler besteht, der als Eingangsgröße die kompensierte Raddrehzahldifferenz zwischen primärer Achse und sekundärer Achse nutzt. Neben dem PI-Regler, der im Subsystem SR3.5 untergebracht ist, veranlasst dieses Modul hauptsächlich eine Kompensation der Drehzahldifferenz, was in dem Subsystem SR3.1 vorgenommen wird. In diesem Modul werden z. B. eine oder mehrere folgender Kompensationen vorgenommen:

– Kompensation des Traktionsschlupfs über die Fahrgeschwindigkeit,
– Kompensation der Fahrzeuggeometrie (natürlicher Schlupf) über Fahrzeuggeschwindigkeit und Limit,
– Kompensation anhand des Soll-Schlupfs über Fahrzeuggeschwindigkeit und Limit,
– Kompensation von Untersteuerung, Überblendung auf das kurvenäußere Vorderrad.

Neben der Berechnung des Soll-Schlupfs sind dort ebenfalls Limitierungen des unteren Regelausgangs (SR3.3) und oberen Regelausgangs (SR3.4) enthalten, sowie eine „Reset”-Bedingung für den I-Bestandteil des PI-Reglers (SR3.2).
6 zeigt noch einen grundsätzlichen Aufbau des Moduls SR4. Dieses Modul bündelt diverse Funktionen und führt zu einer optimalen Schubmomentverteilung. Dieses Modul besteht im Wesentlichen aus einem PI-Schlupfregler (SR4.4) und einem Vorsteuermomentenanteil (SR4.1), der über eine Gierratenvergleich ein- und ausgeblendet wird. Durch den Gierratenvergleich von theoretischer und aktueller Gierrate wird sichergestellt, dass nur solange Drehmoment im Schubbetrieb des Motors auf die sekundäre Achse übertragen wird, wie das Fahrzeug als stabil erachtet werden kann. Sobald im Schubbetrieb über den Vergleich ein instabiler Fahrzeugzustand erkannt wird, werden das Vorsteuermoment und damit auch der drehzahlabhängige Anteil ausgeblendet.
Zusätzlich zu dem Gierratenbereich kann SR4.1 auch die Vorsteuermomenthöhe, den Geschwindigkeitsbereich und weitere verschiedene Modi angeben und abstimmen. Zusätzlich ist eine Funktion im Subsystem SR4.2 angesiedelt, die speziell auf das Fahren im Gelände fokussiert. Falls das Fahrzeug im Gelände an einem Hang zum Stehen kommt und der Fahrer nun durch Einlegen des Rückwärtsgangs signalisiert, dass er kontrolliert wieder zurückfahren möchte, wird über eine Situationserkennung ein konstantes Moment zur sekundären Achse bereitgestellt, das verhindert, dass die entlastete vordere Achse durch die zumindest starre Bremskraftverteilung blockiert und somit das Fahrzeug unkontrollierbar wird. Zudem wird das an der Vorderachse herrschende Bremsvolumen somit auch auf die Hinterachse übertragen. Das Fahrzeug lässt sich deutlich leichter beherrschen und sauber den Hang wieder hinunterbewegen.
Bezugszeichenliste

1: Kupplungsaggregat
2: primäre Achse
3: sekundäre Achse
4: Fahrzeug
5: Betätigungseinheit
6: Einrichtung
7: Motor
8: Ganggetriebe
9: Rad
10: Untergrund
11: Lenkwinkel
12: Signalleiter
13: Radsensor
14: Seitenwelle
15: Längswelle
16: BUS-Anordnung
17: Betätigungsleitung
18: Lenkungssensor
19: Antriebsstrang
20: Verteilergetriebe
21: Differentialgetriebe

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges (19) eines Fahrzeugs (4) mit einem Kupplungsaggregat (1) zur Verteilung von Drehmoment auf einer primären Achse (2) und einer sekundären Achse (3) des Fahrzeuges (4), wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte umfasst: (a) Bestimmen eines verfügbaren Antriebs; (b) Errechnen eines Überschuss-Drehmoments an der primären Achse (2); (c) Bestimmen eines aktuellen Maximal-Drehmoments an der sekundären Achse (3); (d) Bereitstellen des Überschuss-Drehmoments an die sekundäre Achse (3), soweit dies das Maximal-Drehmoment nicht überschreitet; so dass aus der Betrachtung des vom Fahrer angeforderten Motormoments das Kupplungsaggregat (1) vorausschauend aktuiert wird, so dass keine Drehzahldifferenz zwischen der primären Achse (2) und der sekundären Achse (3) entstehen kann.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei Schritt (a) zumindest einen der folgenden Prozesse umfasst: a.1 Ermittlung von Betriebsparametern eines Motors (7) des Fahrzeuges (4), a.2 Bestimmung eines Eingangsmoments an einem Ganggetriebe (8), a.3 Bestimmung des verfügbaren Antriebs-Drehmoments aus dem Eingangsmoment an einem Ganggetriebe (8).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei Schritt (b) zumindest einen der folgenden Prozesse umfasst: b.1 Bestimmung eines, an der primären Achse (2) benötigten, Drehmoments oder umsetzbaren Drehmoments, b.2 Ermittlung des Überschuss-Drehmoments unter Berücksichtigung des verfügbaren Antriebs-Drehmoments einerseits und dem an der primären Achse (2) benötigten oder umsetzbaren Drehmoments andererseits.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei Schritt (c) zumindest einen der folgenden Prozesse umfasst: c.1 Bestimmen des aktuellen Maximal-Drehmoments an der sekundären Achse (3) unter Berücksichtigung mindestens einer der folgenden Parameter: Lenkwinkel, Getriebegang, Fahrdynamikbereich, c.2 Bestimmen des aktuellen Maximal-Drehmoments an der sekundären Achse (3) unter Berücksichtigung eines Reibwertes zwischen Rad (9) und Untergrund (10), c.3 Bestimmen des aktuellen Maximal-Drehmoments an der sekundären Achse (3) unter Berücksichtigung einer Drehzahldifferenz zwischen primärer Achse (2) und sekundärer Achse (3), c.4 Bestimmen des aktuellen Maximal-Drehmoments an der sekundären Achse (3) unter Berücksichtigung einer Schubmomentverteilung an allen Rädern der primären Achse (2) und sekundären Achse (3).
Verfahren nach dem vorhergehenden Patentanspruch, wobei zumindest zwei der Prozesse c.1 bis c.4 durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein Reibwert zwischen Rad (9) und Untergrund (10) als Regelgröße für die Verteilung von Drehmoment auf der primären Achse (2) und der sekundären Achse (3) des Fahrzeuges (4) dient und in Abhängigkeit von aktuellen Betriebsparametern des Fahrzeugs sprunghaft oder iterativ angepasst wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Patentanspruch, wobei eine Änderungsgeschwindigkeit der Anpassung des Reibwertes variabel ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein Verhältnis von Drehmoment an der primären Achse (2) zu Drehmoment an der sekundären Achse (3) in Abhängigkeit eines Reibwertes zwischen Rad (9) und Untergrund (10) variabel eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Verteilung von Drehmoment auf der primären Achse (2) und der sekundären Achse (3) des Fahrzeuges (4) auch im Schubbetrieb erfolgt.
Fahrzeug (4) mit einer Einrichtung (6) zur variablen Verteilung von Drehmoment auf unterschiedlichen Achsen (2, 3) des Fahrzeugs (4), wobei die Einrichtung (6) das Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche durchführt.