DE102015213956B4 - Verfahren zum Betreiben eines allradgetriebenen Fahrzeugs mit aktiver Federfußpunktverstellung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (1) mit mindestens einer Vorderachse (2) und einer Hinterachse (3), die jeweils zumindest ein gegenüber einem Fahrzeugaufbau geführtes Rad (4, 5) aufweisen, wobei zumindest eines der Räder (4, 5) mit einer aktiven Federfußpunktverstellung (6) gegenüber dem Fahrzeugaufbau verschiebbar ist, womit das entsprechende Rad (4, 5) zur zeitweisen Erhöhung der auf das Rad (4, 5) wirkenden Normalkraft (F) gegen die Fahrbahn (13) gedrückt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebsregelung (11) ein Antriebsmoment zwischen der Vorderachse (2) und der Hinterachse (3) verteilt, wobei das Antriebsmoment in Abhängigkeit von der Normalkrafterhöhung an den Rädern (5) der Hinterachse (3) erhöht wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines allradgetriebenen Fahrzeugs mit aktiver Federfußpunktverstellung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch 1.
  • Allradgetriebene Fahrzeuge weisen in der Regel eine Vorderachse und eine Hinterachse auf, die von einer oder mehreren Antriebsquellen mit einem Antriebsmoment beaufschlagt werden können. Moderne Regelungsverfahren für Allradantriebe erlauben eine Änderungen der Verteilung des Antriebsmoments zwischen den Achsen in Abhängigkeit von Signalen verschiedener Sensoren. Weiterhin sind bei Fahrzeugen Fahrwerke mit aktiver Federfußpunktverstellung bekannt. Dabei wird das mit der Federfußpunktverstellung ausgestattete Rad von einem Aktor aktiv gegen die Fahrbahn gedrückt oder von ihr abgehoben. Die auf das Rad wirkende Normalkraft kann dadurch gezielt beeinflusst, insbesondere erhöht werden.
  • Die gattungsbildende DE 36 10 519 A1 beschreibt eine Regeleinrichtung zur Verbesserung der Bodenhaftung bei mehrrädrigen Straßenfahrzeugen durch Erhöhung des jeweiligen Rad-Anpressdrucks, indem an jedem abrollenden Rad, gleichzeitig oder nach einem vorgegebenen Programm, ein elektronisch gesteuertes aber beispielsweise hydrodynamisch, elektromagnetisch oder elektromotorisch arbeitendes System die Rad-Drehbewegung durch mittel- und hochfrequente Vertikal-Schwingungen überlagert und so durch deren Abwärtsbeschleunigung den Anpressdruck der Reib-Paarung Reifen/Fahrbahn dergestalt steigert, dass unter anderem ein erhöhtes Anfahrmoment bei allgemein verbesserter Bodenhaftung erzielt wird. Einen ähnlichen Gegenstand zeigt auch die DE 10 2012 223 359 A1 . Der Stand der Technik beschreibt lediglich die Nutzung einer aktiven Federfußpunktverstellung zur Beeinflussung der auf das Rad wirkenden Normalkraft. Ein Zusammenwirken mit der Regelung des Antriebs wird nicht beschrieben.
  • Weiterhin sei auf die DE 10 2005 045 385 A1 , die DE 10 2008 003 901 A1 , DE 10 2005 046 776 A1 , die DE 10 2013 001 305 A1 , die DE 10 2008 029 048 A1 und die DE 10 2013 208 965 A1 verwiesen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Verfahren zum Betreiben eines allradgetriebenen Fahrzeugs mit aktiver Federfußpunktverstellung bereitzustellen, bei dem die Antriebsregelung und die Federfußpunktverstellung im Sinne einer Vortriebsmaximierung optimal zusammenwirken.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
  • Ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs mit mindestens einer Vorderachse und einer Hinterachse, die jeweils zumindest ein gegenüber einem Fahrzeugaufbau geführtes Rad aufweisen, wobei zumindest eines der Räder mit einer aktiven Federfußpunktverstellung gegenüber dem Fahrzeugaufbau verschiebbar ist, womit das entsprechende Rad zur zeitweisen Erhöhung der auf das Rad wirkenden Normalkraft gegen die Fahrbahn gedrückt werden kann, wobei eine Antriebsregelung ein Antriebsmoment zwischen der Vorderachse und der Hinterachse verteilt und wobei das Antriebsmoment in Abhängigkeit von der Normalkrafterhöhung an den Rädern der Hinterachse erhöht wird.
  • Indem das Fahrzeug die Normalkraft an den Rädern der Hinterachse durch ein Betätigung der aktiven Federfußpunktverstellung kurzzeitig erhöht (sog. „Normalkraftschlag“), steht zwischen dem Radreifen und der Fahrbahn ein verbesserter Reibschluss zur Verfügung, welcher durch eine gleichsam erfolgende Erhöhung des Antriebsmoments an dem entsprechenden Rad im Sinne eines verbesserten Vortriebs des Fahrzeugs ausgenutzt wird. Als aktive Federfußpunktverstellung kommen elektromechanische, elektromagnetisch, hydraulische oder pneumatische Systeme in Frage. Die aktive Federfußpunktverstellung stützt das Rad unter anderem gegenüber dem Fahrzeugaufbau ab. Fährt die aktive Federfußpunktverstellung aus, so werden Fahrzeugaufbau und Rad auseinander gedrückt, was durch die Masseträgheit eine Normalkrafterhöhung am Rad hervorruft. Der Anpressdruck des Radreifens auf der Fahrbahn wird erhöht, wodurch eine bessere Mikroverzahnung des Gummis mit dem Asphalt der Fahrbahn erzeugt wird. Wird das Antriebsmoment mit einer Regelung dem zur Verfügung stehenden Niveau zur Drehmomentübertragung auf die Fahrbahn lediglich nachgeführt, so wird ein erheblicher Teil des fahrdynamischen Potentials verschenkt. Durch eine angepasste und proaktive Regelung des Antriebsmoments in Erwartung des Normalkraftverlaufs kann insgesamt der Vortrieb des Fahrzeugs weiter gesteigert werden. Durch die zwangsläufig auftretende Achslastverschiebung beim Anfahren werden die Räder der Vorderachse etwas entlastet (geringere Normalkraft), während die Räder der Hinterachse stärker auf die Fahrbahn gedrückt werden (höhere Normalkraft). Die sinnvollste Vorgehensweise in dieser Situation ist eine weitere Erhöhung der Normalkraft an der Hinterachse, damit sich das Fahrzeug beim Anfahren noch besser „abdrücken“ kann. Vorliegend wird der „Normalkraftschlag“ demnach von der aktiven Federfußpunktverstellung an der Hinterachse durchgeführt, weshalb auch mehr Antriebsmoment von der Antriebsregelung an die Hinterachse zuzuteilen ist.
  • In einer bevorzugten Ausführung verlaufen die Erhöhungen des Antriebsmoments und der Normalkraft an den jeweiligen Rädern gleichphasig. Ein möglichst gleichphasiger Verlauf von Antriebsmoment und Normalkraft an dem jeweiligen Rad sorgt dafür, dass das durch die Normalkrafterhöhung hinzugewonnene Reibschlusspotential des Radreifens auf der Fahrbahn sogleich mit einem entsprechend gesteigerten Antriebsmoment im Sinne eines verbesserten Vortriebs des Fahrzeugs praktisch vollständig ausgenutzt wird.
  • In einer bevorzugten Ausführung wird das Antriebsmoment an der Hinterachse durch Betätigung einer Allradkupplung erhöht. Die Allradkupplung kann beispielsweise als „Haldex“-Kupplung ausgeführt sein. Durch den Kupplungsschlupf kann bei derartigen. „Hang-On“-Allradsystemen der auf die sekundäre Antriebsachse, also vorliegend die Hinterachse, entfallende Anteil des Antriebsmoments relativ genau eingestellt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführung wird das Antriebsmoment an der Hinterachse durch Betätigung einer elektrischen Maschine erhöht. Ein Allradantrieb kann auch ohne mechanischen Durchtrieb von der primären zur sekundären Antriebsachse realisiert werden, indem an der sekundären Antriebsachse, also vorliegend an der Hinterachse, eine elektrische Maschine als Antriebsquelle angeordnet wird. Daraus ergibt sich bei Nutzung einer Brennkraftmaschine zum Antrieb der Vorderachse das Layout eines Hybridfahrzeugs. Eine elektrische Maschine bietet den Vorteil, dass sie relativ schnell reagiert und genau eingeregelt werden kann. Darüber hinaus verfügen elektrische Maschinen über ein gleichbleibend hohes Drehmoment bereits ab der ersten Umdrehung.
  • In einer bevorzugten Ausführung wird die Normalkraft an den jeweiligen Rädern im Rahmen eines halbautomatischen Anfahrvorgangs erhöht. Diese halbautomatischen Anfahrvorgänge sind auch unter dem Begriff „Launch Control Start“ bekannt. Der Fahrer des Fahrzeugs leitet die Startroutine nach einem definierten Bedienungsschema ein und das Fahrzeug konditioniert sich daraufhin selbst für einen optimalen Start unter voller Ausnutzung des Reibschlusspotentials zwischen Radreifen und Fahrbahn, beispielsweise indem die Antriebsquelle auf eine bestimmte Drehzahl gebracht und die Anfahrkupplung beim Losfahrwunsch automatisch eingerückt wird. Indem ein bevorstehender halbautomatischer Anfahrvorgang dem Fahrzeug angezeigt wird, kann die aktive Federfußpunktverstellung im richtigen Augenblick eine zeitweise Erhöhung der Normalkraft an den Rädern herbeiführen, um die Beschleunigung noch weiter zu verbessern. Das Antriebsmoment wird in diesem Fall erfindungsgemäß an den entsprechenden Rädern erhöht.
  • In einer bevorzugten Ausführung wird das Antriebsmoment zeitlich vor der Normalkraft an den jeweiligen Rädern erhöht. Da herkömmliche Antriebsquellen, wie beispielsweise Brennkraftmaschinen, eine gewisse Reaktionszeit zur Umsetzung von Lasterhöhungen haben, kann es sinnvoll sein die geforderte Erhöhung des Antriebsmoments zeitlich bereits etwas vor der Normalkrafterhöhung einzuleiten, um der mitunter trägen Reaktionszeit der Antriebsquelle damit Rechnung zu tragen. Der Antriebsmomentenverlauf kann dem Normalkraftverlauf dabei etwas vor eilen.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
  • Darin zeigt die einzige Figur eine schematische, auf Antrieb und Achsen reduzierte, Seitenansicht eines Fahrzeugs.
  • Gemäß der Figur hat ein Fahrzeug 1 eine Vorderachse 2 und eine Hinterachse 3. Bei einem zweispurigen Fahrzeug 1 hat die Vorderachse 2 zwei in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandet angeordnete Vorderräder 4 und die Hinterachse 3 entsprechend zwei in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandet angeordnete Hinterräder 5. Aufgrund der seitlichen Ansicht ist in der Figur jeweils nur ein Vorderrad 4 und ein Hinterrad 5 sichtbar. An der Vorderachse 2 sitzt eine Antriebsquelle 7, die vorliegend als eine Brennkraftmaschine ausgebildet ist. Die Antriebsquelle 7 gibt ihr Drehmoment an das Getriebe 8 ab. Von dort wird das Drehmoment primär an die Vorderräder 4 und über eine in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Kardanwelle 9 auch an die Hinterräder 5 verteilt (Allradantrieb). Die Hinterachse 3 mit den Hinterrädern 5 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als sekundäre Antriebsachse ausgebildet und dementsprechend über eine schaltbare Allradkupplung 10 variabel antreibbar. Die Drehmomentübertragung über die Allradkupplung 10 wird von einer Antriebsregelung 11 geregelt, die unter anderem auch mit Daten von der Antriebsquelle 7 arbeitet. Die Räder4 und 5stützen sich jeweils mittels Federbeinen mit aktiver Federfußpunktverstellung 6, die von einer Fahrwerksregelung 12 geregelt werden, gegenüber dem nicht dargestellten Fahrzeugaufbau ab. Die aktive Federfußpunktverstellung 6 kann das ihr zugeordnete Rad 4 bzw. 5 gegen die Fahrbahn 13 drücken, wodurch sich die Normalkraft FN des entsprechenden Rades 4 bzw. 5 kurzzeitig erhöht. Eine erhöhte Normalkraft FN sorgt für einen verbesserten Reibschluss des Radreifens mit der Fahrbahn 13, weshalb das Rad 4 bzw. 5 mehr Antriebsmoment absetzen kann. Beim Beschleunigen findet zwangsläufig eine gewisse Achslastverschiebung von der Vorderachse 2 auf die Hinterachse 3 statt, wodurch die Normalkraft FN auf der Hinterachse 3 ohnehin höher wird als an der Vorderachse 2. Die aktive Federfußpunktverstellung 6 an der Hinterachse 3 kann nun zusätzlich einen sogenannten „Normalkraftschlag“ ausführen, indem sie die Hinterräder 5 aktiv von dem nicht dargestellten Fahrzeugaufbau weg und damit in die Fahrbahn 13 drückt. Die Normalkraft FN an den Hinterrädern 5 steigt dadurch kurzfristig noch weiter an. Die Antriebsregelung 11 und die Fahrwerksregelung 12 kommunizieren über ein Bussystem miteinander, wodurch die Fahrwerksregelung 12 der Antriebsregelung 11 den voraussichtlichen Normalkraftverlauf an den Hinterrädern 5, vor allem in Bezug auf Zeitpunkt, Zeitdauer und Kraftniveau, mitteilen kann. Die Antriebsregelung 11 verarbeitet diese Informationen und steuert entsprechend die Antriebsquelle 7 und/oder die Allradkupplung 10 an, um möglichst zeitgleich zum „Normalkraftschlag“ ein erhöhtes Antriebsmoment an die Hinterachse 3 zu verteilen. Durch diese Maßnahme soll der kurzzeitig verbesserte Reibschluss zwischen den Hinterrädern 5 und der Fahrbahn 13 voll ausgenutzt werden. Besonders nützlich ist dieses Verfahren bei einem sog. „Launch-Control-Start“, also einem halbautomatisch ablaufenden Anfahrvorgang, welcher auf maximale Beschleunigung unter Kontrolle des Radschlupfes abzielt.
  • Bezugszeichenliste
    • FN
    Normalkraft
    1
    Fahrzeug
    2
    Vorderachse
    3
    Hinterachse
    4
    Vorderrad
    5
    Hinterrad
    6
    aktive Federfußpunktverstellung
    7
    Antriebsquelle
    8
    Getriebe
    9
    Kardanwelle
    10
    Allradkupplung
    11
    Antriebsregelung
    12
    Fahrwerksregelung
    13
    Fahrbahn

Claims (6)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (1) mit mindestens einer Vorderachse (2) und einer Hinterachse (3), die jeweils zumindest ein gegenüber einem Fahrzeugaufbau geführtes Rad (4, 5) aufweisen, wobei zumindest eines der Räder (4, 5) mit einer aktiven Federfußpunktverstellung (6) gegenüber dem Fahrzeugaufbau verschiebbar ist, womit das entsprechende Rad (4, 5) zur zeitweisen Erhöhung der auf das Rad (4, 5) wirkenden Normalkraft (FN) gegen die Fahrbahn (13) gedrückt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebsregelung (11) ein Antriebsmoment zwischen der Vorderachse (2) und der Hinterachse (3) verteilt, wobei das Antriebsmoment in Abhängigkeit von der Normalkrafterhöhung an den Rädern (5) der Hinterachse (3) erhöht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhungen des Antriebsmoments und der Normalkraft (FN) an den jeweiligen Rädern (5) gleichphasig verlaufen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmoment an der Hinterachse (3) durch Betätigung einer Allradkupplung (10) erhöht wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmoment an der Hinterachse (3) durch Betätigung einer elektrischen Maschine erhöht wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Normalkraft (FN) an den jeweiligen Rädern (5) im Rahmen eines halbautomatischen Anfahrvorgangs erhöht wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmoment zeitlich vor der Normalkraft (FN) an den jeweiligen Rädern (5) erhöht wird.
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