DE102015118759A1

DE102015118759A1 - Verfahren zur Steuerung eines Antriebsmoments und Antriebsstranganordnung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102015118759A1
Application number: DE102015118759.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Höck; Juan Manuel Micó Soler; Harwin Niessen
Original assignee: GKN Driveline International GmbH
Current assignee: GKN AUTOMOTIVE LIMITED, BIRMINGHAM, GB
Priority date: 2015-11-02
Filing date: 2015-11-02
Publication date: 2017-05-04
Also published as: WO2017076862A1; US20180339698A1; CN108473043B; US10227070B2; CN108473043A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebsmoments in einer Antriebsstranganordnung eines Kraftfahrzeugs, mit folgenden Verfahrensschritten: Überwachen einer Drehzahl (n4) einer ersten Antriebsachse (4); Überwachen einer Drehzahl (n6) einer zweiten Antriebsachse (6); Ermitteln einer Solldrehzahl (n13soll) für die elektrische Maschine (13) aus zumindest einer der Drehzahlen (n4, n6) der ersten und zweiten Antriebsachse (4, 6); Steuern der elektrischen Maschine (13) in einem Solldrehzahl-Modus in Abhängigkeit von der zumindest einen Drehzahl (n4, n6); Ermitteln eines Solldrehmoments (T20soll, T20‘soll) aus der Drehzahl (n4) der ersten Antriebsachse (4) und der Drehzahl (n6) der zweiten Antriebsachse (6); Steuern der Kupplung (20, 20’) in einem Solldrehmoment-Modus in Abhängigkeit von der Drehzahl (n4) der ersten Antriebsachse (4) und der Drehzahl (n6) der zweiten Antriebsachse (6). Die Erfindung betrifft ferner eine Antriebsstranganordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Antriebsmoments und der Antriebsdrehzahl im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft ferner eine Antriebsstranganordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Es sind Kraftfahrzeuge bekannt, die einen ersten Antriebsstrang mit einer ersten Antriebsquelle zum Antreiben einer ersten Antriebsachse sowie einen zweiten Antriebsstrang mit einer zweiten Antriebsquelle zum Antreiben einer zweiten Antriebsachse aufweisen. Die Antriebsquellen können sich voneinander unterscheiden, beispielsweise kann eine der beiden Antriebsquellen als Verbrennungsmotor und die andere als elektrische Maschine gestaltet sein. Derartige Antriebskonzepte werden auch als „Hybridantrieb“ bezeichnet. Die elektrische Maschine und der Verbrennungsmotor können jeweils für sich oder gemeinsam überlagert das Kraftfahrzeug antreiben.
Der elektrischen Maschine ist üblicherweise ein Getriebe im Leistungspfad nachgelagert, das die von der elektrischen Maschine erzeugte Drehbewegung vom Schnellen ins Langsame übersetzt und auf zwei Seitenwellen aufteilt.
Solche Getriebe für elektrisch getriebene Antriebsachsen können ein Abschaltsystem aufweisen, um die elektrische Maschine bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten optional von den Rädern abzukoppeln. Das erlaubt eine günstige Auslegung der elektrischen Maschine in Bezug auf Traktion und reduziert bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten Reibungsverluste.
Aus der US 2005 0003923 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor als Primärantrieb zum Antreiben der Vorderachse und einem Elektromotor als Sekundärantrieb zum Antreiben der Hinterachse bekannt. Der Elektroantrieb umfasst eine Untersetzungsstufe und ein Differential. Zwischen der Untersetzungsstufe und dem Differential ist eine Reibungskupplung zum Zu- und Abschalten des Hinterachsantriebs angeordnet
Aus der US 2010/0094519 A1 ist ein Allrad-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer permanent angetriebenen Vorderachse und einer bedarfsweise antreibbaren Hinterachse bekannt. Die Drehmomentverteilung zwischen der Vorderachse und der Hinterachse erfolgt über ein Verteilergetriebe mit einer Reiblamellenkupplung, die von einer elektronischen Regeleinheit steuerbar ist, und eine Längsantriebswelle.
Aus der DE 10 2008 026 662 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Viscokupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bekannt. Der Antriebsstrang umfasst eine erste Antriebsachse und eine zweite Antriebsachse, die über die Viscokupplung miteinander antriebsverbindbar sind. Es ist eine Betätigungseinheit zum Betätigen der Viscokupplung in Abhängigkeit von einer Drehzahldifferenz zwischen der Drehzahl des ersten Kupplungsteils und der Drehzahl des zweiten Kupplungsteils vorgesehen.
Bei bekannten Elektroantriebssträngen kann ein plötzlicher Drehmomentsprung zu ungewünschten Drehschwingungen im Antriebsstrang führen, was den Fahrkomfort beeinträchtigen kann.
Aus der EP 2 839 983 A1 sind eine Steuervorrichtung für ein Elektrofahrzeug sowie ein Verfahren zur Steuerung des Elektrofahrzeugs bekannt. Die Steuervorrichtung umfasst eine Vorsteuerungsberechnungseinheit, um eine erste Drehmomentsollgröße zu ermitteln, und eine Motormomentsteuereinheit, die das Motormoment in Abhängigkeit von der ersten Drehmomentsollgröße steuert. Mit der Vorsteuerungsberechnungseinheit soll die Stabilität des Steuerungssystems erhöht und die Vibrationsneigung im Antriebsstrang vermindert werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung des Antriebsmoments und der Antriebsdrehzahl im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, mit dem Drehmomentspitzen und Drehschwingungen im Antriebsstrang reduziert beziehungsweise vermieden werden können. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine entsprechende Antriebsstranganordnung vorzuschlagen, mit der ein solches Steuerungsverfahren durchgeführt werden kann.
Eine Lösung besteht in einem Verfahren zur Steuerung des Antriebsmoments und der Antriebsdrehzahl in einer Antriebsstranganordnung eines Kraftfahrzeugs, wobei die Antriebsstranganordnung einen ersten Antriebsstrang und einen zweiten Antriebsstrang aufweist, die mechanisch voneinander getrennt sind, wobei der erste Antriebsstrang eine von einer ersten Antriebseinheit antreibbare erste Antriebsachse mit einem Achsdifferential aufweist, und wobei der zweite Antriebsstrang eine elektrische Maschine und eine zweite Antriebsachse mit zumindest einer steuerbaren Kupplung aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten:
Überwachen einer Drehzahl der ersten Antriebsachse; Überwachen einer Drehzahl der zweiten Antriebsachse; Ermitteln einer Solldrehzahl für die elektrische Maschine zum Antreiben der zweiten Antriebsachse, wobei zumindest eine der Drehzahlen der ersten Antriebsachse und der zweiten Antriebsachse zur Ermittlung der Solldrehzahl der elektrischen Maschine benutzt wird; Steuern der elektrischen Maschine in einem Solldrehzahl-Modus in Abhängigkeit von zumindest einer der Drehzahlen der ersten Antriebsachse und der zweiten Antriebsachse; Ermitteln eines Solldrehmoments zum Antreiben der zweiten Antriebsachse, wobei zumindest die Drehzahl der ersten Antriebsachse und die Drehzahl der zweiten Antriebsachse zur Ermittlung des Solldrehmoments benutzt werden; Steuern der zumindest einen Kupplung in einem Solldrehmoment-Modus in Abhängigkeit von der Drehzahl der ersten Antriebsachse und der Drehzahl der zweiten Antriebsachse.
Eine Besonderheit besteht also darin, dass die elektrische Maschine in einem Solldrehzahl-Modus in Abhängigkeit von zumindest der Drehzahl der ersten Antriebsachse und/oder der Drehzahl der zweiten Antriebsachse gesteuert wird und, dass die Kupplung in einem Solldrehmoment-Modus in Abhängigkeit von zumindest der Drehzahl der ersten Antriebsachse und der Drehzahl der zweiten Antriebsachse gesteuert wird. Mit Solldrehzahl-Modus ist regelungstechnisch gemeint, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine die einzustellende Führungsgröße (Sollwert) zur Regelung der elektrischen Maschine ist. Je nach Fahrzustand des Kraftfahrzeugs wird die zur Steuerung der Fahrdynamik nötige Drehzahl der elektrischen Maschine ermittelt und die elektrische Maschine entsprechend auf diese Solldrehzahl eingestellt beziehungsweise angesteuert. Das Ermitteln der Solldrehzahl erfolgt auf Basis von zumindest der Drehzahl der ersten Antriebsachse und/oder der Drehzahl der zweiten Antriebsachse, wobei es sich versteht, dass weitere Eingangsgrößen zur Ermittlung der Solldrehzahl berücksichtigt werden können. Die Ermittlung der Solldrehzahl kann beispielsweise mittels einer elektronischen Regeleinheit (ECU) durchgeführt werden, die mit der elektrischen Maschine steuerungstechnisch verbunden ist.
Mit Solldrehmoment-Modus ist regelungstechnisch gemeint, dass das Drehmoment die einzustellende Führungsgröße (Sollwert) zur Steuerung der zumindest einen Kupplung ist. Je nach Fahrzustand des Kraftfahrzeugs wird das zur Steuerung der Fahrdynamik nötige Drehmoment der Kupplung ermittelt und die Kupplung wird entsprechend auf dieses Solldrehmoment eingestellt beziehungsweise angesteuert. Das Ermitteln des Solldrehmoments erfolgt auf Basis zumindest der Drehzahl der ersten Antriebsachse und der Drehzahl der zweiten Antriebsachse. Es versteht sich jedoch, dass weitere Eingangsgrößen zur Ermittlung des Solldrehmoments berücksichtigt werden können. Das Solldrehmoment kann beispielsweise mittels einer elektronischen Regeleinheit (ECU) berechnet werden, die mit der Kupplung steuerungstechnisch verbunden ist. Die Steuerung der elektrischen Maschine und der zumindest einen Kupplung können mit derselben oder unterschiedlichen elektronischen Regeleinheiten erfolgen.
Ein Vorteil der Drehzahlregelung der elektrischen Maschine besteht darin, dass erweiterte Möglichkeiten zur Fahrdynamikregelung des Kraftfahrzeugs bestehen. Beispielsweise kann in bestimmten Fahrsituationen die Drehzahl der elektrischen Maschine so gesteuert werden, dass verglichen mit der aktuellen Drehzahl der ersten Antriebsachse eine vergrößerte Drehzahl zum Antrieben der zweiten Antriebsachse zur Verfügung gestellt wird. Mit anderen Worten kann die elektrische Maschine so gesteuert werden, dass sie sich wie eine Längsantriebswelle mit einer vorgegebenen Drehzahl verhält. Die Einstellung des Drehmoments kann dann, wie aus Allradantriebskonzepten mit Längsantriebswelle bekannt, durch entsprechende Regelung des Drehmoments der zumindest einen Kupplung erfolgen.
Mit zumindest einer Kupplung ist gemeint, dass der zweite Antriebsstrang eine, zwei oder mehr Kupplungen aufweisen kann. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung beschriebene Merkmale der zumindest einen Kupplung können auch für eine weitere Kupplung im zweiten Antriebsstrang gelten. Es versteht sich jedoch, dass die weitere Kupplung auch anders gestaltet sein kann als die zumindest eine Kupplung.
Die zumindest eine Kupplung, auch kurz als Kupplung bezeichnet, ist vorzugsweise in Form einer Reibungskupplung gestaltet, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das zwischen dem Kupplungseingangsteil und dem Kupplungsausgangsteil übertragbare Drehmoment stufenlos variabel einstellbar ist. Ein Beispiel für eine Reibungskupplung ist eine Lamellenkupplung. Die Regelung des Drehmoments der Reibungskupplung erfolgt über die elektronische Regeleinheit.
Es ist vorgesehen, dass die beiden Antriebsstränge mechanisch voneinander getrennt sind. Hiermit ist insbesondere gemeint, dass der erste und der zweite Antriebsstrang separat ausgeführt sind und kein kraftübertragendes Glied zwischen den beiden Antriebssträngen vorgesehen ist. Die erste Antriebsquelle dient allein zum Antrieb des ersten Antriebsstranges beziehungsweise der ersten Antriebsachse, während die elektrische Maschine allein zum Antrieb des zweiten Antriebsstranges beziehungsweise der zweiten Antriebsachse dient. Insbesondere kann die erste Antriebsachse als Vorderachse des Kraftfahrzeugs gestaltet sein und die zweite Antriebsachse als Hinterachse.
Es ist ferner vorgesehen, dass die Drehzahl der ersten Antriebsachse und/oder die Drehzahl der zweiten Antriebsachse überwacht werden. Dies kann dadurch erfolgen, dass ein die Drehzahl der jeweiligen Antriebsachse repräsentierendes Signal erfasst wird. Beispielsweise können hierfür eine oder mehrere der folgenden Größen sensiert werden: die Drehzahl des Differentialkorbs des Achsdifferentials der ersten Antriebsachse und/oder die Drehzahlen der Räder der ersten Antriebsachse und/oder die Drehzahl eines Antriebsteils der zweiten Antriebsachse und/oder die Drehzahlen der Räder der zweiten Antriebsachse. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Drehzahlsteuerung der elektrischen Maschine und die Drehmomentsteuerung der Kupplung auf Basis einer ermittelten Drehzahldifferenz zwischen der ersten Antriebsachse und der zweiten Antriebsachse erfolgt. Hierfür kann beispielsweise die Drehzahl des Achsdifferentials der ersten Antriebsachse mit der Drehzahl zumindest eines der Räder der zweiten Antriebsachse verglichen werden. Die Drehzahl des Achsdifferentials kann mittels eines Sensors ermittelt, oder bei Verwendung eines offenen Differentials auch aus den Drehzahlen der jeweiligen Seitenwellen beziehungsweise der zugeordneten Räder berechnet werden.
Es sind ein oder mehrere Verfahrensführungen beziehungsweise Betriebsmodi für die Steuerung der elektrischen Maschine und der zumindest einen Kupplung denkbar, und zwar ein Fahrdynamikmodus, ein Rekuperiermodus und/oder ein Segelmodus.
Die Regelung der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs ist insbesondere bei Kurvenfahrt von Wichtigkeit, wobei auch die Fahrzeuggeschwindigkeit eine entscheidende Rolle spielt. Insofern kann als weiterer Verfahrensschritt vorgesehen sein, dass eine für den Lenkungswinkel der Räder des Kraftfahrzeugs repräsentative Lenkungsgröße überwacht und ein entsprechendes Lenkungssignal erzeugt wird. Das Lenkungssignal kann dann zur Einstellung der Solldrehzahl der elektrischen Maschine und/oder des Solldrehmoments der Kupplung benutzt werden, um die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs zu beeinflussen.
Insbesondere kann nach einer Verfahrensführung vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine bei Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs zugeschaltet wird, wobei die Solldrehzahl der elektrische Maschine dann vorzugsweise derart eingestellt wird, dass die zweite Antriebsachse mit einer größeren Drehzahl antreibbar ist als die erste Antriebsachse. In Konkretisierung kann die Solldrehzahl der elektrischen Maschine in Abhängigkeit von dem Lenkungssignal eingestellt werden, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass die Solldrehzahl der elektrischen Maschine umso größer eingestellt wird, je größer der Lenkungswinkel des Kraftfahrzeugs ist.
In anderen Fahrzuständen kann die elektrische Maschine auch auf andere Weise gesteuert werden. Beispielsweise kann die elektrische Maschine auch bei Schubbetrieb in Kurvenfahrt zugeschaltet werden, beziehungsweise wenn das Kraftfahrzeug bei Kurvenfahrt vom Antriebsbetrieb in Schubbetrieb wechselt. Konkret kann die die Solldrehzahl der elektrischen Maschine dann derart eingestellt werden, dass die zweite Antriebsachse mit einer niedrigeren Drehzahl antreibbar ist als die der ersten Antriebsachse. Durch diese Verfahrensführung kann durch Schließen der Kupplung ein negatives Moment auf die zweite Achse beziehungsweise auf eine Seitenwelle ausgeübt werden. Somit wird die zweite Antriebsachse gegenüber der ersten Antriebsachse abgebremst. Für die Fahrstabilität ist es besonders günstig, wenn beim Lastwechsel in den Schubbetrieb das kurveninnere Rad der zweiten Antriebsachse mit einem negativen Moment beaufschlagt wird. Auf diese Weise wird einem ungewünschten Untersteuern des Kraftfahrzeugs entgegengewirkt.
Nach einer weiteren Verfahrensführung kann die elektrische Maschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs zugeschaltet werden, wenn die Drehzahl der ersten Antriebsachse größer ist als die Drehzahl der zweiten Antriebsachse, wobei die Solldrehzahl der elektrischen Maschine dann vorzugsweise derart eingestellt wird, dass die zweite Antriebsachse mit einer größeren Drehzahl antreibbar ist als die erste Antriebsachse.
Bei Geradeausfahrt beziehungsweise bei höheren Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs, wie sie beispielsweise bei Überland- oder Autobahnfahrten auftreten, können die elektrische Maschine abgeschaltet und die zumindest eine Kupplung geöffnet werden, um Schleppmomente zu vermeiden.
Als weiterer Verfahrensschritt kann vorgesehen sein, dass eine für die Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs repräsentative Querbeschleunigungsgröße überwacht und ein Querbeschleunigungssignal erzeugt wird, wobei das Querbeschleunigungssignal zur Ermittlung der Solldrehzahl der elektrischen Maschine und/oder des Solldrehmoments der Kupplung benutzt werden kann.
Als weiterer Verfahrensschritt kann vorgesehen sein, dass eine für das Motormoment und/oder die Motordrehzahl des Kraftfahrzeugs repräsentative Motorgröße überwacht und ein Motorsignal erzeugt wird, wobei das Motorsignal zur Ermittlung der Solldrehzahl der elektrischen Maschine und/oder des Solldrehmoments der Kupplung benutzt werden kann.
Als weiterer Verfahrensschritt kann vorgesehen sein, dass eine für die Stellung des Gaspedals des Kraftfahrzeugs repräsentative Gaspedalgröße überwacht und ein Gaspedalsignal erzeugt wird, wobei das Gaspedalsignal zur Ermittlung der Solldrehzahl der elektrischen Maschine und/oder des Solldrehmoments der Kupplung benutzt werden kann.
Als weiterer Verfahrensschritt kann vorgesehen sein, dass für die Räderdrehzahlen des Kraftfahrzeugs repräsentative Raddrehzahlgrößen überwacht und hieraus entsprechende Raddrehzahlsignale erzeugt werden, wobei die Raddrehzahlsignale zur Ermittlung der Solldrehzahl der elektrischen Maschine und/oder des Solldrehmoments der Kupplung benutzt werden können.
Es versteht sich, dass einzelne, mehrere oder alle der genannten Verfahrensschritte durchgeführt werden können. Das heißt es können das Lenkungssignal, Querbeschleunigungssignal, Motorsignal und/oder die Raddrehzahlsignale für die Steuerung der Drehzahl der elektrischen Maschine einzeln oder in Kombination verwendet werden. Dasselbe gilt entsprechend auch für die Steuerung des Drehmoments der zumindest einen Kupplung. Ebenso ist es denkbar, dass weitere Größen erfasst und für die Ermittlung der Solldrehzahl der elektrischen Maschine beziehungsweise des Solldrehmoments der Kupplung herangezogen werden, wie beispielsweise die Längsbeschleunigung, die Stellung des Gaspedals, die Gierrate des Kraftfahrzeugs und/oder weitere in Frage kommende Signale.
Nach einer weiteren Verfahrensführung, die auch als Rekuperiermodus bezeichnet werden kann, kann die zumindest eine Kupplung geschlossen werden, wenn das Kraftfahrzeug im Schubbetrieb ist. Als Schubbetrieb wird in diesem Zusammenhang ein Fahrzustand verstanden, in dem die Antriebsquelle der ersten Antriebsachse beziehungsweise die elektrische Maschine durch das Fahrzeug geschleppt (geschoben) wird. Auf diese Weise wird die elektrische Maschine von den Rädern der zweiten Antriebsachse angetrieben und arbeitet im Generatorbetrieb. Dabei wandelt die elektrische Maschine die von der Antriebsachse eingeleitete mechanische Energie in elektrische Energie um, welche in einer mit der elektrischen Maschine verbundenen Batterie gespeichert werden kann.
Nach einer weiteren Verfahrensführung, die auch als Segelmodus bezeichnet werden kann, kann die zumindest eine Kupplung geöffnet werden, wenn das Kraftfahrzeug im Segelbetrieb betrieben wird, so dass die elektrische Maschine von den Rädern des zweiten Antriebsstrangs abgekoppelt ist. Der Begriff Segeln soll vorliegend die Funktion umfassen, wenn während der Fahrt die primäre Antriebsquelle (Verbrennungsmotor) vom ersten Antriebsstrang abgekoppelt wird, ohne zu bremsen. Im Segelbetrieb kann entsprechend auch die elektrische Maschine vom zweiten Antriebsstrang abgekoppelt werden, was durch Öffnen der zumindest einen Kupplung geschieht. Im Segelbetrieb können die erste Antriebsquelle (Verbrennungsmotor) und/oder die zweite Antriebsquelle (elektrische Maschine) ausgeschaltet werden. Dies hat den Vorteil, die vorhandene Bewegungsenergie zur Fortbewegung zu nutzen, anstatt sie in Form von Schleppleistung zu verlieren. Es ist jedoch auch denkbar, dass die primäre Antriebsquelle im Leerlaufbetrieb weiterläuft.
Die Lösung der oben genannten Aufgabe besteht weiter in einer Antriebsstranganordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend: einen ersten Antriebsstrang mit einem Achsdifferential und zwei Seitenwellen, wobei der erste Antriebsstrang von einer ersten Antriebseinheit drehend antreibbar ist; einen zweiten Antriebsstrang mit einer elektrischen Maschine und einer Drehmomentverteilungseinheit mit zumindest einer Kupplung, wobei die Drehmomentverteilungseinheit von der elektrischen Maschine drehend antreibbar ist und ausgestaltet ist, um ein von der elektrischen Maschine eingeleitetes Drehmoment auf zwei Seitenwellen aufzuteilen; wobei der erste Antriebsstrang und der zweite Antriebsstrang mechanisch voneinander getrennt sind; erste Sensormittel zur Ermittlung einer ersten Drehzahl des ersten Antriebsstrangs; zweite Sensormittel zur Ermittlung einer zweiten Drehzahl des zweiten Antriebsstrangs; eine Steuereinheit zum Steuern der elektrischen Maschine und der zumindest einen Kupplung; wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, das oben genannte Verfahren nach einer oder mehreren der oben genannten Ausführungsformen durchzuführen.
Mit der Antriebsstranganordnung ergeben sich dieselben Vorteile wie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, so dass diesbezüglich auf die oben genannte Beschreibung Bezug genommen wird. Es versteht sich, dass alle verfahrensbezogenen Merkmale auf das Erzeugnis übertragbar sind, und umgekehrt, alle das Erzeugnis betreffenden Merkmale auf das Verfahren. Dadurch, dass die Steuereinheit zur Drehzahlsteuerung der elektrischen Maschine und zur Drehmomentsteuerung der zumindest einen Kupplung ausgestaltet ist, kann die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs einfach und zuverlässig geregelt werden, wobei ungewünschte Drehschwingungen im Elektro-Antriebsstrang verhindert oder zumindest reduziert werden.
Nach einer Ausführungsform ist die Kupplung derart gestaltet, dass das übertragbare Drehmoment zwischen einer Offenstellung, in der kein Drehmoment übertragen wird, und einer Schließstellung, in der ein volles Drehmoment übertragen wird, stufenlos variabel einstellbar ist. Hierfür ist die Kupplung insbesondere in Form einer Reibungskupplung, vorzugsweise in Form einer Reiblamellenkupplung gestaltet.
Es ist vorgesehen, dass der zweite Antriebsstrang eine Getriebeeinheit aufweist, die ein von der elektrischen Maschine eingeleitetes Drehmoment auf zwei Ausgangsteile aufteilt. Die Getriebeeinheit kann nach einer ersten Möglichkeit ein Achsdifferential umfassen, das einen von der elektrischen Maschine antreibbaren Differentialkorb, einen Differentialrädersatz und zwei Seitenwellenräder als Ausgangsteile aufweist. Bei dieser Ausführungsform ist vorzugsweise nur eine einzige Kupplung vorgesehen. Die Kupplung kann im Leistungspfad zwischen einem der beiden Seitenwellenräder und der zugehörigen Seitenwelle angeordnet sein, oder zwischen der elektrischen Maschine und dem Differentialkorb (Booster).
Die Getriebeeinheit kann nach einer zweiten Möglichkeit ohne Ausgleichsfunktion zwischen den Ausgangsteilen gestaltet sein, das heißt das die beiden Ausgangsteile der Getriebeeinheit gemeinsam drehen. Bei dieser Ausführung sind vorzugsweise zwei Kupplungen vorgesehen, wobei die zwei Kupplungen insbesondere im Leistungspfad zwischen der elektrischen Maschine und einer jeweils zugehörigen Seitenwelle angeordnet sind (Twinster).
Für beide der genannten Möglichkeiten gilt, dass die Getriebeeinheit als Einganggetriebe, das heißt mit festem Übersetzungsverhältnis zwischen Getriebeeingang und Getriebeausgang gestaltet sein kann. Alternativ kann die Getriebeeinheit auch eine steuerbare Schaltstufe aufweisen, mit der die von der elektrischen Maschine eingeleitete Drehzahl auf verschiedene Ausgangsdrehzahlen übersetzt werden kann. Ein solches Getriebe mit mehreren Gängen wird auch als Schaltgetriebe bezeichnet.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert. Hierin zeigt:
1 schematisch eine Antriebsstranganordnung eines Kraftfahrzeugs mit elektrischen und elektronischen Komponenten für die Steuerung des Antriebs in einer ersten Ausführungsform,
2 schematisch Ein- und Ausgangsgrößen für die Steuerung der elektrischen Maschine und der Kupplungen der Antriebsstranganordnung aus 1;
3 schematisch eine Antriebsstranganordnung eines Kraftfahrzeugs mit elektrischen und elektronischen Komponenten für die Steuerung des Antriebs in einer zweiten Ausführungsform; und
4 schematisch Ein- und Ausgangsgrößen für die Steuerung der elektrischen Maschine und der Kupplungen der Antriebsstranganordnung aus 3.
Die 1 und 2, welche nachstehend gemeinsam beschrieben werden, zeigen eine mechanische Antriebstranganordnung 2 eines Kraftfahrzeugs. Die Antriebsstranganordnung 2 umfasst einen ersten Antriebsstrang 3 mit einer ersten Antriebsachse 4 und einen zweiten Antriebsstrang 5 mit einer zweiten Antriebsachse 6.
Der erste Antriebsstrang 3 ist von einer ersten Antriebseinheit 7 antreibbar, die insbesondere in Form einer Brennkraftmaschine gestaltet ist, wobei auch eine andere Antriebsquelle wie eine elektrische Maschine denkbar wäre. Der ersten Antriebseinheit 7 kann ein Schaltgetriebe nachgelagert sein, mit dem das Motormoment in ein Antriebsmoment beziehungsweise die Motordrehzahl in eine Antriebsdrehzahl umgewandelt wird. Der zweite Antriebsstrang 5 ist von einer zweiten Antriebseinheit 13 antreibbar, die in Form einer elektrischen Maschine gestaltet ist.
Es ist erkennbar, dass die erste Antriebsachse 3 die Vorderachse und die zweite Antriebsachse 6 die Hinterachse des Kraftfahrzeugs bildet, wobei auch eine umgekehrte Anordnung möglich ist. Die beiden Antriebsstränge 3, 5 sind mechanisch voneinander getrennt, das heißt, es ist keine Kraftübertragung zwischen den beiden Antriebssträngen möglich. Die erste Antriebseinheit 3 dient allein zum Antrieb der ersten Antriebsachse 5, während die elektrische Maschine 13 allein zum Antrieb der zweiten Antriebsachse 6 dient.
Die erste Antriebsachse 3 umfasst ein Achsdifferential 8, welches das eingeleitete Antriebsmoment gleichmäßig auf die rechte und die linke Seitenwelle 9, 10 des Kraftfahrzeugs verteilt. Die beiden Seitenwellen 9, 10 umfassen an ihren getriebeseitigen Enden und an ihren radseitigen Enden jeweils ein Gleichlaufdrehgelenk (nicht dargestellt), welche eine Drehmomentübertragung auf die Räder 11, 12 des Kraftfahrzeugs unter Winkelbewegung ermöglichen.
Die zweite Antriebsachse 6 umfasst ein Achsdifferential 14, welches das von der elektrischen Maschine 13 eingeleitete Antriebsmoment gleichmäßig auf die rechte und die linke Seitenwelle 15, 16 der zweiten Antriebsachse 6 überträgt. Das Achsdifferential 14 umfasst einen Differentialkorb 17, der von der elektrischen Maschine 13 um eine Drehachse drehend antreibbar ist, mehrere Differentialräder, die gemeinsam mit dem Differentialkorb 17 um die Drehachse umlaufen, sowie zwei Seitenwellenräder, die mit den Differentialrädern in Verzahnungseingriff sind und als Ausgangsteile dienen. Die Seitenwellenräder sind mit der jeweiligen Seitenwelle 15, 16 zur Drehmomentübertragung verbunden. An den äußeren Enden sind die beiden Seitenwellen 15, 16 mit den Rädern 18, 19 der zweiten Antriebsachse 6 verbunden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist eine steuerbare Kupplung 20 im zweiten Antriebsstrang vorgesehen. Eine erste Funktion der Kupplung 20 ist, dass mit dieser das Antriebsmoment zum Antreiben der zweiten Antriebsachse 6 eingestellt werden kann. Ferner können die zweite Antriebsachse 6 und die elektrische Maschine 13 mittels der Kupplung 20 bedarfsweise miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden können. Die Kupplung 20 ist vorzugsweise in Form einer Reibungskupplung gestaltet, welche eine stufenlos variable Einstellung des zwischen dem Kupplungseingangsteil 21 und dem Kupplungsausgangsteil 22 ermöglicht. In geschlossenem Zustand ist die Seitenwelle 16 mit dem Ausgangsteil des Achsdifferentials 14 zur Drehmomentübertragung verbunden. In offenem Zustand ist die Seitenwelle 16 von dem Achsdifferential 14 mechanisch getrennt, so dass kein Drehmoment auf die Räder 18, 19 übertragen wird. Zwischen der Schließstellung und der Offenstellung kann die Kupplung 20 auf jede Zwischenstellung stufenlos eingestellt werden, so dass sich hiermit das auf die rechte und linke Seitenwelle 15, 16 übertragene Drehmoment einstellen und steuern lässt.
Die Kupplung 20 ist vorliegend im Leistungspfad zwischen dem Achsdifferential 14 und der rechten Seitenwelle 16 angeordnet, wobei es sich versteht, dass die Kupplung auch zwischen dem Achsdifferential 14 und der linken Seitenwelle 15 angeordnet sein könnte. Alternativ oder ergänzend könnte eine steuerbare Kupplung auch im Leistungspfad zwischen der elektrischen Maschine 13 und dem Achsdifferential 14 angeordnet werden. Diese Ausgestaltung des Antriebsstrangs mit einer Kupplung 20 in der zweiten Antriebsachse 4 wird auch als „Booster“ bezeichnet.
Die nur schematisch dargestellte Kupplung 20 wird von einer Betätigungseinheit (nicht dargestellt) betätigt, mit der eine Axialkraft zum Schließen der Kupplung 20 auf Reibelemente der Kupplung ausgeübt werden kann.
Die Betätigungseinheit der Kupplung 20 und die elektrische Maschine 13 werden von einer elektronischen Steuereinheit (Electronic Control Unit, ECU) gesteuert, die entsprechende elektrische Steuerströme über Leitungen an die Kupplung 20 beziehungsweise die elektrische Maschine 13 abgibt. Zur elektrischen Signalübertragung von und zur Steuereinheit (ECU) ist eine serielle Bus-Anordnung 23 vorgesehen, die beispielsweise als CAN (Controller Area Network) Bus ausgebildet sein kann. Schnittstellen, Protokolle und elektrische Schaltungstechnik für die Signalübertragung auf einem CAN-Bus sind bekannt und müssen nicht näher erläutert werden. Es versteht sich, dass alternativ zu einer Bus-Anordnung auch eine individuelle Verdrahtung der verschiedenen elektrischen Komponenten des Fahrzeugs mit der Steuereinheit (ECU) vorgesehen sein kann.
Die Steuereinheit (ECU) umfasst einen programmgesteuerten Mikroprozessor und einen elektronischen Speicher in dem ein Steuerprogramm abgelegt ist. Dabei werden vom Mikroprozessor nach Maßgabe des Steuerprogramms entsprechende Steuersignale für die Betätigungseinheit der Kupplung 20 und die elektrische Maschine 13 erzeugt. Zur Erzeugung entsprechender Steuersignale ist die Steuereinheit (ECU) auf Informationen über verschiedene Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs angewiesen. Hierfür kann die Steuereinheit (ECU) über die Bus-Anordnung 23 auf verschiedene Signale zugreifen, welche für diese Betriebsparameter repräsentativ sind.
Es sind insbesondere Drehzahlsensoren 24 vorgesehen, die Informationen über die Drehzahl n11, n12, n18, n19 jedes der Räder 11, 12, 18, 19 bereitstellen. Aus den gemessenen Drehzahlen kann die Steuereinheit (ECU) eine Achsdrehzahl n4 der Vorderachse 4 beziehungsweise eine Achsdrehzahl n6 der Hinterachse 6 berechnen. Es kann außerdem ein Drehzahlsensor 25 zur Überwachung eines die Drehzahl n4 des Differentialkorbs des ersten Achsdifferentials 8 repräsentierenden Signals vorgesehen sein, wobei die Drehzahl des Differentialkorbs n4 bei Verwendung eines offenen Differentials auch auf Basis der Raddrehzahlen der jeweiligen Räder 11, 12; 18, 19 berechnet werden kann. Auf Basis der sensierten Drehzahlen n11, n12 der Vorderräder 11, 12 beziehungsweise der Drehzahl n4 des Differentialkorbs kann erkannt werden, wenn eines der Vorderräder in einen Schlupfzustand gerät, so dass dann mittels der Steuereinheit (ECU) regelnd in die Fahrdynamik eingegriffen werden kann.
Es ist ferner vorgesehen, dass die Steuereinheit (ECU) auf zumindest ein Motorsignal zugreift, welches für das bereitgestellte Motormoment M3 und/oder die Motordrehzahl n3 der ersten Antriebseinheit 3 repräsentativ ist. Das Motorsignal wird von einem schematisch dargestellten Motorsensor 26 auf die Bus-Anordnung 23 übertragen. Des Weiteren hat die Steuereinheit (ECU) Zugriff auf ein Lenkwinkelsignal. Das Lenkwinkelsignal wird von einem Drehwinkelsensor 27 geliefert, welcher die Drehstellung des Lenkrads 28 des Kraftfahrzeugs beziehungsweise einer das Lenkrad 28 tragenden Lenksäule erfasst. Dabei ist die Drehstellung des Lenkrads beziehungsweise der Lenksäule ein Maß für den mit α bezeichneten Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs, das heißt die Winkelabweichung der Vorderräder von einer Geradeausstellung. Der Lenkwinkel α ist vereinfachend nur an einem Rad eingezeichnet.
Als weiteres Eingangssignal für die Steuereinheit (ECU) kann ein Pedalstellungssignal dienen, welches mittels eines Pedalsensors 29 die Stellung P30 des Gaspedals 30 des Kraftfahrzeugs angibt. Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Steuereinheit (ECU) auf ein oder mehrere Beschleunigungssignale des Kraftfahrzeugs zugreifen kann, welche für die Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs um die Hochachse beziehungsweise die Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs repräsentativ ist. Hierfür ist symbolisch ein Beschleunigungssensor 31 eingezeichnet, der ebenfalls über die Bus-Anordnung 23 mit der Steuereinheit (ECU) verbunden ist.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Steuereinheit (ECU) auf weitere Signale zugreift, beispielsweise ein Gangstellungssignal, welches die Gangstellung des Schaltgetriebes erfasst. Außerdem kann die Steuereinheit (ECU) gemäß an sich bekannter Methoden eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ermitteln.
Eine Besonderheit des vorliegenden Regelungskonzepts ist, dass die elektrische Maschine 13 in einem Solldrehzahl-Modus in Abhängigkeit von der Drehzahl n4 der ersten Antriebsachse 4 und/oder der Drehzahl n6 der zweiten Antriebsachse 6 gesteuert wird und, dass die Kupplung 20 in einem Solldrehmoment-Modus in Abhängigkeit von der Drehzahl n4 der ersten Antriebsachse 4 und der Drehzahl n6 der zweiten Antriebsachse 6 gesteuert wird. Dabei kann die Drehzahl n4, n6 auch als Referenzdrehzahl nref bezeichnet werden. Die Drehzahlsteuerung der elektrischen Maschine 13 kann also, unabhängig von weiteren Eingangsgrößen, prinzipiell auf Basis von drei Möglichkeiten erfolgen, nämlich auf Basis nur der ersten Drehzahl n4, auf Basis nur der zweiten Drehzahl n6 oder auf Basis der ersten und der zweiten Drehzahl n4, n6. Die Verwendung nur der Drehzahl n4 der ersten Antriebsachse 4 als Eingangsgröße ist insoweit günstig, als hiermit ein möglicher Schlupf an einem der Räder der primär angetriebenen Antriebsachse 4 erkannt werden kann. Die Verwendung nur der Drehzahl n6 der zweiten Antriebsachse 6 ist besonders günstig, wenn die elektrische Maschine 13 nicht beziehungsweise noch nicht gekoppelt ist, so dass die zugehörigen Räder der sekundär angetriebenen Antriebsachse 6 schlupffrei sind. Die Verwendung beider Drehzahlen n4, n6 vereint die beiden Vorteile, je nach Bedarf.
Zur Steuerung der Antriebsdrehzahl n13 der elektrischen Maschine 13 wird zumindest die Drehzahl n4 der ersten Antriebsachse 4 beziehungsweise die Drehzahl n6 der zweiten Antriebsachse 6 überwacht, welche als Eingangsgröße für die Steuereinheit (ECU) zur Ermittlung der Solldrehzahl n13soll für die elektrische Maschine 13 dient. Zur Steuerung der Kupplung 20 werden zumindest die Drehzahlen n4, n6 der ersten und zweiten Antriebsachse 4, 6 überwacht und dienen als Eingangsgröße für die Bestimmung des Solldrehmoments T20soll zum Antreiben der zweiten Antriebsachse 6. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Drehzahlsteuerung der elektrischen Maschine 13 und die Drehmomentsteuerung der Kupplung 20 auf Basis einer ermittelten Drehzahldifferenz zwischen der ersten Antriebsachse 4 und der zweiten Antriebsachse 6 erfolgt. Hierfür kann beispielsweise die sensierte Drehzahl n4 des Differentialkorbs der ersten Antriebsachse 4 oder eine errechnete Drehzahl der ersten Antriebsachse 4 mit der Drehzahl n18, n19 zumindest eines der Räder 18, 19 der zweiten Antriebsachse 6 verglichen werden.
Die Steuerung des zweiten Antriebsstrangs, beziehungsweise der elektrischen Maschine 13 und der Kupplung 20, kann in Abhängigkeit vom Fahrzustand des Kraftfahrzeugs erfolgen. Hier sind insbesondere drei verschiedene Steuerungsmodi denkbar, nämlich ein Fahrdynamikmodus, ein Rekuperiermodus und/oder ein Segelmodus.
Im Fahrdynamikmodus kann eine für den Lenkungswinkel α der Räder 11, 12 des Kraftfahrzeugs repräsentative Lenkungsgröße mittels des Sensors 27 überwacht und ein entsprechendes Lenkungssignal erzeugt werden. Das Lenkungssignal ist eine Eingangsgröße der Steuereinheit (ECU) und wird zur Einstellung der Solldrehzahl n13soll der elektrischen Maschine 13 und/oder des Solldrehmoments T20soll der Kupplung 20 benutzt, um die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs zu beeinflussen. Wie aus 2 hervorgeht können als weitere Eingangsgrößen auch Beschleunigungsgrößen für die Querbeschleunigung, Längsbeschleunigung und/oder Gierrate des Kraftfahrzeugs sowie ein die Stellung des Gaspedals 30 repräsentierende Größe mit berücksichtigt werden.
Die elektrische Maschine 13 kann insbesondere bei Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs zugeschaltet werden, was zu einer Erhöhung der Fahrstabilität und Verbesserung der Fahrdynamik beiträgt. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Solldrehzahl n13soll der elektrischen Maschine 13 bei Kurvenfahrt so eingestellt wird, dass die zweite Antriebsachse 6 mit einer größeren Drehzahl n6 antreibbar ist als die aktuelle Drehzahl n4 der ersten Antriebsachse. Mit anderen Worten wird die Drehzahl der elektrischen Maschine 13 gezielt so eingestellt, als ob der zweite Antriebsstrang 5 gegenüber dem ersten Antriebsstrang 3 ins Schnelle übersetzt wäre beziehungsweise werden soll, was auch als Drehzahl-Offset bezeichnet wird. Die Größe der Drehzahldifferenz zwischen der Drehzahl n4 der ersten Antriebsachse 4 und der bei geschlossener Kupplung 20 erzielbaren Drehzahl n6 der zweiten Antriebachse 6 kann in Abhängigkeit vom Lenkungswinkel α des Kraftfahrzeugs eingestellt werden. Dabei kann die Solldrehzahl n13soll der elektrischen Maschine 13 insbesondere umso größer eingestellt werden, je größer der Lenkungswinkel α des Kraftfahrzeugs ist. Ferner kann die Höhe der Drehzahldifferenz auch in Abhängigkeit von der absoluten Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt werden, beispielsweise umso größer, je größer die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ist.
Das Einstellen des Antriebsmoments an der zweiten Antriebsachse 6 erfolgt dann allein mittels der Kupplung 20. Das heißt, mittels der Kupplung 20 wird die von der elektrischen Maschine 13 zur Verfügung gestellte Drehzahl n13 in ein Antriebsmoment zum Antreiben der zweiten Antriebsachse 6 umgesetzt. Dabei kann die Höhe des Antriebsmoments gezielt durch entsprechendes Ansteuern der Kupplung 20 auf den gewünschten Wert stufenlos eingestellt werden. Die Höhe des gewünschten zu übertragenden Kupplungsmoments T20soll kann, wie insbesondere aus 2 hervorgeht, in Abhängigkeit von den Drehzahlen n11, n12, n18, n19 der vorderen und hinteren Räder 11, 12, 18, 19, der Drehzahl n4 des Differentialkorbs des ersten Achsdifferentials 8, dem Lenkungswinkel α des Kraftfahrzeugs, den Beschleunigungsgrößen für die Querbeschleunigung ay, Längsbeschleunigung ax und/oder Gierrate ry des Kraftfahrzeugs, der Stellunggröße P30 des Gaspedals 30 und Motorgrößen der ersten Antriebseinheit 3, wie Motormoment M3 und Motordrehzahl n3 ermittelt werden. Es versteht sich, dass auch weitere Größen, wie die absolute Fahrzeuggeschwindigkeit und ein Getriebesignal, das die Schaltstellung des ersten Schaltgetriebes angibt, zur Ermittlung des Soll-Kupplungsmoments T20soll herangezogen werden können.
Bei Geradeausfahrt beziehungsweise bei höheren Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs, beispielsweise bei Überland- oder Autobahnfahrten, können die elektrische Maschine 13 abgeschaltet und die steuerbare Kupplung 20 geöffnet werden, um Schleppmomente zu vermeiden.
Der Rekuperiermodus kann verwendet werden, wenn das Kraftfahrzeug im Schubbetrieb ist, das heißt, wenn Gas weggenommen ist und der erste Antriebsstrang 3 (zumindest zunächst) geschlossen bleibt. Im Rekuperiermodus wird die Kupplung 20 geschlossen, so dass die elektrische Maschine 13 von den Rädern 18, 19 der zweiten Antriebsachse 6 angetrieben werden. Dabei arbeitet die elektrische Maschine 13 im Generatorbetrieb und wandelt die von der Antriebsachse 6 eingeleitete mechanische Energie in elektrische Energie um. Die elektrische Energie kann in einer Batterie (nicht dargestellt) gespeichert werden.
Im Segelmodus kann die Kupplung 20 geöffnet werden, so dass die elektrische Maschine 13 von den Rädern 18, 19 des zweiten Antriebsstrangs 6 abgekoppelt ist. Segelbetrieb liegt vor, wenn während der Fahrt die erste Antriebseinheit vom ersten Antriebsstrang 3 abgekoppelt wird, ohne zu bremsen.
Die 3 und 4, welche nachstehend gemeinsam beschrieben werden, zeigen eine erfindungsgemäße Antriebsstranganordnung in einer zweiten Ausführungsform. Die vorliegende Ausführungsform entspricht hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise weitestgehend derjenigen gemäß den 1 und 2, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten abkürzend auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche beziehungsweise einander entsprechende Einzelheiten mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den 1 und 2.
Der einzige Unterschied besteht in der Ausgestaltung der zweiten Antriebsachse 6, was nachstehend beschrieben wird. Es ist in den 3 und 4 erkennbar, dass die zweite Antriebsachse 6 zwei Kupplungen 20, 20‘ aufweist, mit denen die Drehmomentübertragung und -verteilung auf die Seitenwellen 16, 17 gesteuert wird. Ein Achsdifferential ist bei der vorliegenden Ausführungsform nicht vorgesehen.
Der Antriebsstrang 5 umfasst ein Übersetzungsgetriebe 14‘ mit einem von der elektrischen Maschine 13 drehend antreibbaren Eingangsteil und zwei mit dem Eingangsteil antriebsverbundenen Ausgangsteilen 32, 33. Die beiden Ausgangsteile 32, 33 sind starr miteinander verbunden, so dass sie mit derselben Drehzahl n6 drehen. Zur Einstellung unterschiedlicher Antriebsmomente zum Antrieben der Rädern 18, 19 ist je Seitenwelle eine Kupplung 20, 20‘ vorgesehen, die jeweils individuell ansteuerbar sind. Die Kupplungen 20, 20‘ sind hinsichtlich der Funktionsweise so gestaltet wie die Kupplung gemäß der obigen Ausführungsform, auf die zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen wird. Die Kupplungen 20, 20‘ sind vorzugsweise gleich gestaltet. Die Kupplungseingangsteile 21, 21‘ sind mit dem jeweiligen Ausgangsteil 32, 33 des Getriebes 14’ verbunden. Die Kupplungsausgangsteile 22, 22‘ sind mit der jeweiligen Seitenwelle 15, 16 verbunden.
Neben den Funktionen stufenloses Einstellen des Antriebsmoments an der zweiten Antriebsachse 6 und Trennfunktion des Antriebsstrangs (Disconnect) hat die vorliegende Ausführungsform mit zwei Kupplungen 20, 20‘ als weitere Besonderheit, dass die Drehmomentverteilung zwischen der rechten Seitenwelle 16 und der linken Seitenwelle 15 individuell einstellen und steuern lässt. Hierfür ermittelt die Steuereinheit (ECU) jeweils ein Sollmoment T20soll, T20‘soll individuell für die zugehörige Kupplung 20, 20‘. Die vorliegende Ausführungsform mit jeweils einer Kupplung 20, 20‘ je Seitenwelle 15, 16, das heißt insgesamt zwei Kupplungen, wird auch als „Twinster“ bezeichnet.
Bezugszeichenliste

2: Antriebsstranganordnung
3: erster Antriebsstrang
4: erste Antriebsachse
5: zweiter Antriebsstrang
6: zweite Antriebsachse
7: erste Antriebseinheit
8: Achsdifferential
9: Seitenwelle
10: Seitenwelle
11: Rad
12: Rad
13: zweite Antriebseinheit / elektrische Maschine
14: Achsdifferential
15: Seitenwelle
16: Seitenwelle
17: Differentialkorb
18: Rad
19: Rad
20, 20‘: Kupplung
21: Kupplungseingangsteil
22: Kupplungsausgangsteil
23: Bus-Anordnung
24: Drehzahlsensor
25: Drehzahlsensor
26: Motorsensor
27: Drehwinkelsensor
28: Lenkrad
29: Pedalsensors
30: Gaspedal
31: Beschleunigungssensor
32: Ausgangsteil
33: Ausgangsteil
α: Lenkungswinkel
ax, ay: Beschleunigung
ECU: elektronische Steuereinheit
n: Drehzahl
nref: Referenzdrehzahl
nsoll: Solldrehzahl
ry: Gierrate
P: Pedalsignal
T: Drehmoment
Tsoll: Solldrehmoment

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

US 20050003923 A1 [0005]
US 2010/0094519 A1 [0006]
DE 102008026662 A1 [0007]
EP 2839983 A1 [0009]

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Antriebsmoments in einer Antriebsstranganordnung eines Kraftfahrzeugs, wobei die Antriebsstranganordnung (2) einen ersten Antriebsstrang (3) und einen zweiten Antriebsstrang (5) aufweist, die mechanisch voneinander getrennt sind, wobei der erste Antriebsstrang (3) eine erste Antriebseinheit (7) und eine erste Antriebsachse (4) mit einem Achsdifferential (8) aufweist, und wobei der zweite Antriebsstrang (5) eine elektrische Maschine (13) und eine zweite Antriebsachse (6) mit zumindest einer steuerbaren Kupplung (20, 20’) aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten: Überwachen einer Drehzahl (n4) der ersten Antriebsachse (4), Überwachen einer Drehzahl (n6) der zweiten Antriebsachse (6), Ermitteln einer Solldrehzahl (n13soll) für die elektrische Maschine (13) zum Antreiben der zweiten Antriebsachse (6), wobei zumindest eine der Drehzahlen (n4, n6) der ersten Antriebsachse (4) und der zweiten Antriebsachse (6) zur Ermittlung der Solldrehzahl (n13soll) der elektrischen Maschine benutzt wird, Steuern der elektrischen Maschine (13) in einem Solldrehzahl-Modus in Abhängigkeit von zumindest einer der Drehzahlen (n4, n6) der ersten Antriebsachse (4) und der zweiten Antriebsachse (6), Ermitteln eines Solldrehmoments (T20soll, T20‘soll) zum Antreiben der zweiten Antriebsachse (6), wobei zumindest die Drehzahl (n4) der ersten Antriebsachse (4) und die Drehzahl (n6) der zweiten Antriebsachse (6) zur Ermittlung des Solldrehmoments (T20soll, T20‘soll) benutzt werden, Steuern der zumindest einen Kupplung (20, 20’) in einem Solldrehmoment-Modus in Abhängigkeit von der Drehzahl (n4) der ersten Antriebsachse (4) und der Drehzahl (n6) der zweiten Antriebsachse (6).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Schritt vorgesehen ist: Überwachen einer für den Lenkungswinkel (α) des Kraftfahrzeugs repräsentativen Lenkungsgröße und Erzeugen eines Lenkungssignals, wobei das Lenkungssignal zur Ermittlung von zumindest einem aus der Gruppe der Solldrehzahl (n13soll) der elektrischen Maschine (13) und dem Solldrehmoment (T20soll, T20‘soll) der zumindest einen Kupplung (20, 20’) benutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Schritt vorgesehen ist: dass die elektrische Maschine (13) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs zugeschaltet wird, wenn die Drehzahl (n4) der ersten Antriebsachse (4) größer ist als die Drehzahl (n6) der zweiten Antriebsachse (6), wobei die Solldrehzahl (n13soll) der elektrischen Maschine (13) dann derart eingestellt wird, dass die zweite Antriebsachse (6) mit einer höheren Drehzahl (n6) antreibbar ist als die der ersten Antriebsachse (4).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Schritt vorgesehen ist: dass die elektrische Maschine (13) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bei Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs zugeschaltet wird, wobei die Solldrehzahl (n13soll) der elektrische Maschine (13) derart eingestellt wird, dass die zweite Antriebsachse (6) mit einer höheren Drehzahl (n6) antreibbar ist als die der ersten Antriebsachse (4).
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Schritt vorgesehen ist: dass die Solldrehzahl (n13soll) der elektrischen Maschine (13) in Abhängigkeit von dem Lenkungssignal eingestellt wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Solldrehzahl (n13soll) der elektrischen Maschine (13) umso größer ist, je größer ein Lenkungswinkel (α) des Kraftfahrzeugs ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Schritt vorgesehen ist: dass die elektrische Maschine (13) zugeschaltet wird, wenn das Kraftfahrzeug bei Kurvenfahrt vom Antriebsbetrieb in Schubbetrieb wechselt, wobei die Solldrehzahl (n13soll) der elektrischen Maschine (13) dann derart eingestellt wird, dass die zweite Antriebsachse (6) mit einer niedrigeren Drehzahl (n6) antreibbar ist als die der ersten Antriebsachse (4).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Schritt vorgesehen ist: Überwachen einer für die Querbeschleunigung (ay) des Kraftfahrzeugs repräsentativen Querbeschleunigungsgröße und Erzeugen eines Querbeschleunigungssignals, wobei das Querbeschleunigungssignal zur Ermittlung von zumindest einem aus der Gruppe der Solldrehzahl (n13soll) der elektrischen Maschine und dem Solldrehmoment (T20soll, T20‘soll) der zumindest einen Kupplung (20, 20’) benutzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Schritt vorgesehen ist: Überwachen einer für das Motormoment (M3) und/oder die Motordrehzahl (n3) des Kraftfahrzeugs repräsentativen Motorgröße und Erzeugen eines Motorsignals, wobei das Motorsignal zur Ermittlung von zumindest einem aus der Gruppe der Solldrehzahl (n13soll) der elektrischen Maschine und dem Solldrehmoment (T20soll, T20‘soll) der zumindest einen Kupplung (20, 20’) benutzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Schritt vorgesehen ist: Überwachen einer für die Stellung des Gaspedals (30) des Kraftfahrzeugs repräsentativen Gaspedalgröße (P30) und Erzeugen eines Gaspedalsignals, wobei das Gaspedalsignal zur Ermittlung von zumindest einem aus der Gruppe der Solldrehzahl (n13soll) der elektrischen Maschine und dem Solldrehmoment (T20soll, T20‘soll) der zumindest einen Kupplung (20, 20’) benutzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Schritt vorgesehen ist: Überwachen von für die Räderdrehzahlen (n11, n12, n18, n19) des Kraftfahrzeugs repräsentativen Raddrehzahlgrößen und Erzeugen von Raddrehzahlsignalen, wobei die Raddrehzahlsignale zur Ermittlung von zumindest einem aus der Gruppe der Solldrehzahl (n13soll) der elektrischen Maschine und dem Solldrehmoment (T20soll, T20‘soll) der zumindest einen Kupplung (20, 20’) benutzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Schritt vorgesehen ist: Steuern der zumindest einen Kupplung (20, 20’) derart, dass die Kupplung geöffnet wird, wenn das Kraftfahrzeug im Segelbetrieb betrieben wird, so dass die elektrische Maschine (13) von den Rädern (18, 19) der zweiten Antriebsachse (6) abgekoppelt ist.
Antriebsstranganordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend: einen ersten Antriebsstrang (3) zum Antreiben einer ersten Antriebsachse (4) mit einem Achsdifferential (8) und zwei Seitenwellen (9, 10), wobei der erste Antriebsstrang (3) von einer ersten Antriebseinheit (7) drehend antreibbar ist; einen zweiten Antriebsstrang (5) zum Antreiben einer zweiten Antriebsachse (6) mit einer elektrischen Maschine (13), einem Getriebe (14‘) und zumindest einer Kupplung (20, 20’), wobei das Getriebe (14‘) von der elektrischen Maschine (13) drehend antreibbar ist und ausgestaltet ist, um ein von der elektrischen Maschine (13) eingeleitetes Drehmoment auf zwei Ausgangsteile (32, 33) aufzuteilen; wobei der erste Antriebsstrang (3) und der zweite Antriebsstrang (5) mechanisch voneinander getrennt sind; erste Sensormittel (25) zur Ermittlung einer ersten Drehzahl (n4) der ersten Antriebsachse (4); zweite Sensormittel (24) zur Ermittlung einer zweiten Drehzahl (n6) der zweiten Antriebsachse (6); eine Steuereinheit (ECU) zum Steuern der elektrischen Maschine (13) und der zumindest einen Kupplung (20, 20’); dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (ECU) dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen.
Antriebsstranganordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Kupplung (20, 20’) zwischen einer Offenstellung, in der kein Drehmoment übertragen wird, und einer Schließstellung, in der ein volles Drehmoment übertragen wird, stufenlos variabel steuerbar ist.
Antriebsstranganordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (14) ein Achsdifferential mit einem Differentialkorb, mehreren Differentialräder und zwei Seitenwellenrädern aufweist, wobei die zumindest eine Kupplung (20, 20’) im Leistungspfad zwischen einem der beiden Seitenwellenräder und der zugehörigen Seitenwelle (15, 16) angeordnet ist. (Booster)
Antriebsstranganordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Antriebsachse (6) zwei Kupplungen (20, 20’) aufweist, wobei die zwei Kupplungen (20, 20’) im Leistungspfad zwischen der elektrischen Maschine (13) und einer jeweils zugehörigen Seitenwelle (15, 16) angeordnet sind. (Twinster)