DE102016108916A1

DE102016108916A1 - System und Verfahren zur Verbesserung des regenerativen Bremsens in einer hinterradantriebsbasierten Plattform mit Vierradantriebsfähigkeit

Info

Publication number: DE102016108916A1
Application number: DE102016108916.8A
Authority: DE
Inventors: Scott J. Lauffer; Ashok E. Rodrigues; Dale Scott Crombez; Andreas Evangelos Perakes; Filip Tomik; Kevin KOOTSILLAS; Mike Paul Lindlbauer
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-05-18
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2016-11-24
Also published as: US11225238B2; US20160339779A1; CN106167017B; CN106167017A

Abstract

Ein Fahrzeug umfasst eine Stromquelle, die so konfiguriert ist, dass sie ein Antriebsmoment liefert, eine Vorderachse, eine Hinterachse und ein Verteilergetriebe, das so konfiguriert ist, dass es ein Antriebsmoment von der Stromquelle auf die Vorderachse und die Hinterachse aufteilt. Das Fahrzeug umfasst außerdem eine Kupplung, die zwischen der Vorderachse und dem Verteilergetriebe angeordnet ist. Die Kupplung hat einen ausgerückten Zustand und einen eingerückten Zustand, die das Verteilergetriebe und die Vorderachse antreibend miteinander koppeln. Das Fahrzeug umfasst außerdem ein regeneratives Bremssystem, das so konfiguriert ist, dass es als Reaktion auf eine Bremsanforderung ein regeneratives Bremsmoment an die Hinterachse liefert. Das Fahrzeug umfasst ferner eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung ist so konfiguriert, dass sie als Reaktion auf eine Bremsanforderung und darauf, dass sich die Kupplung in dem ausgerückten Zustand befindet, die Kupplung so steuert, dass sie in den eingerückten Zustand wechselt, um das regenerative Bremssystem mit der Vorderachse zu koppeln und ein regeneratives Bremsmoment an die Vorderachse zu liefern.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Antriebssystem für ein Fahrzeug mit einem hinterradantriebs-(RWD-)basierten Antriebssystem mit Vierradantriebs-(4WD-) oder Allradantriebs-(AWD-)Funktionalität und einem regenerativen Bremssystem.
STAND DER TECHNIK
Auf dem modernen Personenkraftwagenmarkt finden sich überwiegend zwei Fahrzeugantriebsstrang-Konfigurationen, der Hinterradantrieb (RWD) und der Vorderradantrieb (FWD). Mit zusätzlichen Geräten können diese beiden Konfigurationen so konfiguriert sein, dass sie Kraft auf alle vier Räder leiten. Da die Traktion an einem bestimmten Rad zu bestimmten Zeiten beschränkt sein kann, verbessert die Fähigkeit, Kraft auf alle vier Räder zu leiten, die Beweglichkeit. Die zusätzlichen Geräte sorgen jedoch für zusätzliche Blindverluste, die den Kraftstoffverbrauch selbst unter Bedingungen, welche die zusätzliche Fähigkeit nicht benötigen, erhöhen.
In einer typischen RWD-Konfiguration ist der Motor in Längsrichtung in dem Fahrzeug ausgerichtet, sodass die Kurbelwellenachse auf die Richtung der Fahrzeugbewegung ausgerichtet ist. Ein an den Motor montiertes Getriebe treibt eine hintere Antriebswelle mit einer Geschwindigkeit an, die entsprechend den aktuellen Fahrzeuganforderungen kleiner oder größer sein kann als die Geschwindigkeit der Motorkurbelwelle. Die hintere Antriebswelle ist mit einer Hinterachse verbunden, welche die Drehachse ändert, die Drehzahl verringert und eine linke und eine rechte Hinterachshalbwelle antreibt, während sie gleichzeitig geringfügige Geschwindigkeitsdifferenzen zwischen den Halbwellen erlaubt, wenn das Fahrzeug eine Kurve fährt. Eine RWD-Konfiguration kann so angepasst werden, dass sie auch die Vorderräder antreibt, indem ein Verteilergetriebe zwischen dem Getriebe und der hinteren Antriebswelle hingefügt wird. Zusätzlich zum Antreiben der hinteren Antriebswelle treibt das Verteilergetriebe eine vordere Antriebswelle an, die wiederum eine Vorderachse antreibt. Einige Verteilergetriebe umfassen einen Planetenradsatz, der das Drehmoment auf die vordere und die hintere Antriebswelle aufteilt, während er gleichzeitig geringfügige Geschwindigkeitsunterschiede erlaubt. Andere Verteilergetriebe haben eine aktiv gesteuerte bedarfsabhängige Kupplung, welche die vordere Antriebswelle nur unter bestimmten Bedingungen antreibt, zum Beispiel wenn eine Steuereinrichtung Traktionsverlust der Hinterräder feststellt.
In einer typischen FWD-Konfiguration ist der Motor quer in dem Fahrzeug ausgerichtet, sodass die Kurbelwellenachse auf die Achse der Raddrehung ausgerichtet ist. Ein an dem Motor befestigtes Getriebe treibt ein vorderes Differenzial mit einer Geschwindigkeit an, die für aktuelle Fahrzeuganforderungen geeignet ist. Das vordere Differenzial ist typischerweise zusammen mit dem Übersetzungsgetriebe in ein gemeinsames Gehäuse eingebaut. Das vordere Differenzial treibt eine linke und eine rechte Vorderachse an, während es gleichzeitig geringfügige Geschwindigkeitsdifferenzen zwischen den Achsen erlaubt, wenn das Fahrzeug eine Kurve fährt. Eine FWD-Konfiguration ist so angepasst, dass sie auch die Hinterräder antreibt, indem eine Nebenabtriebeinheit (PTU) hinzugefügt wird, die eine hintere Antriebswelle mit einer Geschwindigkeit antreibt, die proportional zur Geschwindigkeit des vorderen Differenzials ist. Eine hintere Antriebseinheit (RDU) umfasst typischerweise eine bedarfsabhängige Kupplung, die in eingerücktem Zustand ein hinteres Differenzial antreibt, das wiederum eine linke und eine rechte Hinterachse antreibt.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Stromquelle, die so konfiguriert ist, dass sie ein Antriebsmoment liefert, eine Vorderachse, eine Hinterachse und ein Verteilergetriebe, das so konfiguriert ist, dass es ein Antriebsmoment von der Stromquelle auf die Vorderachse und die Hinterachse aufteilt. Das Fahrzeug umfasst zusätzlich eine Kupplung, die zwischen der Vorderachse und dem Verteilergetriebe angeordnet ist. Die Kupplung hat einen eingerückten Zustand und einen ausgerückten Zustand. In dem eingerückten Zustand koppelt die Kupplung das Verteilergetriebe und die Vorderachse antreibend. Das Fahrzeug umfasst außerdem ein regeneratives Bremssystem, das so konfiguriert ist, dass es als Reaktion auf eine Bremsanforderung ein regeneratives Bremsmoment an die Hinterachse liefert. Das Fahrzeug umfasst ferner eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung ist so konfiguriert, dass sie als Reaktion auf eine Bremsanforderung und darauf, dass sich die Kupplung in dem ausgerückten Zustand befindet, die Kupplung so steuert, dass sie in den eingerückten Zustand wechselt, um das regenerative Bremssystem mit der Vorderachse zu koppeln und ein regeneratives Bremsmoment an die Vorderachse zu liefern.
In einer Ausführungsform umfasst das Fahrzeug zusätzlich ein erstes und ein zweites Vorderrad, die an der Vorderachse angeordnet sind, und ein vorderes Differenzial, welches das Verteilergetriebe und die Vorderachse antreibend miteinander koppelt. In einer solchen Ausführungsform ist eine erste Trennvorrichtung zwischen dem vorderen Differenzial und dem ersten Rad angeordnet und so konfiguriert, dass sie in eingerücktem Zustand das vordere Differenzial und das erste Rad antreibend miteinander koppelt. Eine zweite Trennvorrichtung ist zwischen dem vorderen Differenzial und dem zweiten Rad angeordnet und so konfiguriert, dass sie in eingerücktem Zustand das vordere Differenzial und das zweite Rad antreibend miteinander koppelt. In einer solchen Ausführungsform ist die Steuereinrichtung ferner so konfiguriert, dass sie als Reaktion auf die Bremsanforderung und darauf, dass sich die erste und die zweite Trennvorrichtung in ausgerücktem Zustand befinden, die erste und die zweite Trennvorrichtung so steuert, dass sie einrücken.
In einer zusätzlichen Ausführungsform umfasst die regenerative Bremse eine elektrische Maschine. Eine weitere Ausführungsform umfasst eine Batterie, die mit der regenerativen Bremse elektrisch gekoppelt ist. Die Batterie hat einen zugehörigen Ladezustand. In solchen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie die Kupplung so steuert, dass sie als Reaktion darauf, dass der Ladezustand unter einem zugehörigen Schwellenweert ist, einrückt.
Ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung, wobei das Fahrzeug eine Stromquelle, die so konfiguriert ist, dass sie ein Antriebsmoment an eine Hinterachse liefert, regenerative Bremsen, die so konfiguriert sind, dass sie ein regeneratives Bremsmoment auf die Hinterachse aufbringen, und ein schaltbares Element, das so konfiguriert ist, dass es selektiv die Stromquelle mit einer Vorderachse antreibend koppelt, aufweist, umfasst das Einrücken des schaltbaren Elements. Das schaltbare Element wird als Reaktion auf eine Bremsanforderung und darauf, dass das schaltbare Element ausgerückt ist, eingerückt. Das Einrücken des schaltbaren Elements ermöglicht dem regenerativen Bremsmoment, auf die Vorderachse aufgebracht zu werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das schaltbare Element eine Kupplung, die zwischen einem Verteilergetriebe und einem vorderen Differenzial, das mit der Vorderachse antreibend gekoppelt ist, angeordnet ist. In einer solchen Ausführungsform umfasst das Einrücken des schaltbaren Elements das Steuern der Kupplung in einer solchen Weise, dass sie einrückt, um das Verteilergetriebe und das vordere Differenzial antreibend miteinander zu koppeln.
In einer anderen Ausführungsform umfasst das schaltbare Element eine Kupplung, die zwischen einem Vorderrad und einem vorderen Differenzial, das mit der Vorderachse antreibend gekoppelt ist, angeordnet ist. In einer solchen Ausführungsform umfasst das Einrücken des schaltbaren Elements das Steuern der Kupplung in einer solchen Weise, dass sie einrückt, um das vordere Differenzial und das Vorderrad antreibend zu koppeln.
In noch einer anderen Ausführungsform erfolgt das Einrücken des schaltbaren Elements als Reaktion darauf, dass die Bremsanforderung einen zugehörigen Schwellenwert überschreitet.
Eine weitere Ausführungsform umfasst außerdem das Ausrücken des schaltbaren Elements als Reaktion darauf, dass die Bremsanforderung unter den zugehörigen Schwellenwert sinkt.
Ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Vorderrad, ein Hinterrad und regenerative Bremsen, die so konfiguriert sind, dass sie als Reaktion auf eine Bremsanforderung ein regeneratives Bremsmoment auf das Hinterrad aufbringen. Das Fahrzeug umfasst außerdem ein schaltbares Element, das so konfiguriert ist, dass es die regenerative Bremse selektiv mit dem Vorderrad koppelt, um ein regeneratives Bremsmoment auf das Vorderrad aufzubringen. Das Fahrzeug umfasst ferner eine Steuereinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie als Reaktion auf eine Bremsanforderung und darauf, dass das schaltbare Element ausgerückt ist, das schaltbare Element derart steuert, dass es einrückt.
In einer Ausführungsform umfasst das Fahrzeug außerdem ein Verteilergetriebe, das zwischen dem Vorderrad und dem Hinterrad angeordnet und so konfiguriert ist, dass es ein Drehmoment auf das Vorderrad und das Hinterrad aufteilt, wobei das schaltbare Element eine Kupplung umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie in eingerücktem Zustand das Verteilergetriebe und das Vorderrad antreibend miteinander koppelt. Eine erste Variante dieser Ausführungsform hat ein vorderes Differenzial, das so konfiguriert ist, dass es das Vorderrad antreibt, und eine Antriebswelle, die mit dem vorderen Differenzial antreibend gekoppelt ist. In der ersten Variante ist die Kupplung zwischen dem Verteilergetriebe und der Antriebswelle angeordnet und so konfiguriert, dass sie in eingerücktem Zustand das Verteilergetriebe und die Antriebswelle antreibend miteinander koppelt. Eine zweite Variante hat ein vorderes Differenzial, das so konfiguriert ist, dass es das Vorderrad antreibt, und eine Antriebswelle, die das vordere Differenzial und das Verteilergetriebe antreibend miteinander koppelt. In der zweiten Variante ist die Kupplung zwischen dem vorderen Differenzial und dem Rad angeordnet und so konfiguriert, dass sie in eingerücktem Zustand das vordere Differenzial und das Rad antreibend miteinander koppelt.
In zusätzlichen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung so konfiguriert, dass sie das schaltbare Element so steuert, dass es als weitere Reaktion darauf, dass die Bremsanforderung einen zugehörigen Schwellenwert überschreitet, und/oder als weitere Reaktion darauf, dass der Ladezustand einer Batterie unter einem zugehörigen Schwellenwert ist, einrückt. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die regenerative Bremse eine elektrische Maschine.
Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung bieten etliche Vorteile. Zum Beispiel können die hierin offenbarten Fahrzeuge im Vergleich zu bekannten Fahrzeugen durch regeneratives Bremsen einen erhöhten Anteil an kinetischer Energie zurückgewinnen. Dies wiederum kann das Kraftstoffersparnis erhöhen und Verschleißerscheinungen an Reibungsbremsen reduzieren.
Der vorstehend genannte Vorteil und sonstige Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ersichtlich, wenn diese im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht eines repräsentativen Fahrzeugs mit einer RWD-basierten Plattform mit 4WD-Funktionalität gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein repräsentatives Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Wie verlangt werden hierin detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen rein beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgebildet sein kann. Die Figuren sind nicht zwangsläufig maßstabsgerecht; einige Merkmale können übertrieben oder verkleinert dargestellt sein, um Details von bestimmten Komponenten zu zeigen. Deshalb sind bestimmte strukturelle und funktionale Details, die hierin offenbart sind, nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage für die Unterrichtung eines Fachmanns, wie er die vorliegende Erfindung auf verschiedene Arten anwenden kann.
Bezugnehmend auf 1 ist ein Fahrzeug 10 gemäß der vorliegenden Erfindung in schematischer Form gezeigt. Das Fahrzeug 10 ist ein Hybrid-Elektrofahrzeug mit einer ersten Stromquelle, die einen Verbrennungsmotor 12 umfasst, und einer zweiten Stromquelle, die eine elektrische Maschine 14 umfasst, die alternativ als Motor/Generator bezeichnet werden kann. Die elektrische Maschine 14 ist mit einer Traktionsbatterie 16 elektrisch gekoppelt. Wenn sie als Motor betrieben wird, ist die elektrische Maschine 14 so konfiguriert, dass sie gespeicherte elektrische Energie von der Traktionsbatterie 16 in kinetische Energie in Form eines Antriebsmoments umwandelt. Wenn sie als Generator betrieben wird, ist die elektrische Maschine 14 so konfiguriert, dass sie kinetische Energie in elektrische Energie zur Speicherung in der Traktionsbatterie 16 umwandelt. Das Fahrzeug 10 umfasst außerdem ein Getriebe 18, das in verschiedenen Ausführungsformen ein Automatikgetriebe, ein Schaltgetriebe oder ein stufenlos schaltbares Getriebe (CVT) umfassen kann.
Der Motor 12, die elektrische Maschine 14, die Batterie 16 und das Getriebe 18 befinden sich alle in Kommunikation mit mindestens einer Steuereinrichtung 20 oder unterliegen ihrer Steuerung. Zusätzlich befindet sich eine Vielzahl von Sensoren 22 in Kommunikation mit der Steuereinrichtung 20 oder unterliegt ihrer Steuerung. Die Sensoren 22 umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, einen Geschwindigkeitsmesser, einen Bremspedalsensor, der so konfiguriert ist, dass er eine Position eines von einem Fahrer betätigten Bremspedals detektiert, und einen Gaspedalsensor, der so konfiguriert ist, dass er eine Position eines von einem Fahrer betätigten Gaspedals detektiert.
Obgleich die Steuereinrichtung 20 als einzelne Einheit dargestellt ist, kann sie eine Vielzahl von verschiedenen Steuermodulen umfassen, die verwendet werden können, um mehrere Fahrzeugsysteme gemäß einer Gesamtsteuerlogik des Fahrzeugs oder einer Software zu steuern. Die Steuereinrichtung 20 kann ein Motorsteuermodul (ECM), ein Getriebesteuermodul (TCM), eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC), ein Bremssteuergerät und/oder sonstige geeignete Steuereinrichtungen umfassen. Die Steuereinrichtung 20 umfasst im Allgemeinen eine beliebige Anzahl von Mikorprozessoren, ASIC-Schaltungen, integrierten Schaltungen, Speichern (z. B. FLASH, ROM, RAM, EPROM und/oder EEPROM) und Softwarecodes, um die verschiedenen Steuermodule so aufeinander abzustimmen, dass sie eine Reihe von Operationen ausführen. Die Steuereinrichtung 20 kann außerdem vorbestimmte Daten oder Lookup-Tabellen umfassen, die auf Berechnungen und Testdaten basieren und in dem Speicher gespeichert sind. Die Steuermodule der Steuereinrichtung 20 kommunizieren miteinander und mit anderen Fahrzeugsystemen über eine oder mehrere drahtgebundene oder drahtlose Fahrzeugverbindungen unter Verwendung von gängigen Busprotokollen (z. B. CAN und LIN).
Das Fahrzeug 10 ist als eine in erster Linie RWD-basierte Plattform mit 4WD-Funktionalität angeordnet. Das Getriebe 18 koppelt den Motor 12 und die elektrische Maschine 14 antreibend mit einem Verteilergetriebe 24. Das Verteilergetriebe 24 ist so konfiguriert, dass es ein Drehmoment auf eine vordere Ausgangswelle 26 und eine hintere Ausgangswelle 28 aufteilt.
Die hintere Ausgangswelle 28 ist mit einer hinteren Antriebswelle 30 antreibend gekoppelt, die wiederum über ein hinteres Differenzial 34 mit einer Hinterachse 32 antreibend gekoppelt ist. Die Hinterachse 32 umfasst zwei Halbwellen oder Seitenwellen 36, die jeweils mit einem entsprechenden Hinterrad 38 gekoppelt sind.
Die vordere Ausgangswelle 26 ist mittels einer bedarfsabhängigen Kupplung 42 selektiv mit einer vorderen Antriebswelle 40 gekoppelt. Wenn die Kupplung 42 eingerückt ist, ist die vordere Ausgangswelle 26 mit der vorderen Antriebswelle 40 antreibend gekoppelt. Wenn die Kupplung 42 ausgerückt ist, ist die vordere Antriebswelle 40 von der vorderen Ausgangswelle 26 entkoppelt. In einer alternativen Ausführungsform ist die Kupplung 42 in dem Verteilergetriebe 24 angeordnet und so konfiguriert, dass sie in ausgerücktem Zustand die vordere Ausgangswelle 26 von anderen Komponenten des Verteilergetriebes 24 entkoppelt.
Die vordere Antriebswelle 40 ist über ein vorderes Differenzial 46 mit einer Vorderachse 44 antreibend gekoppelt. Die Vorderachse 44 umfasst zwei Halbwellen oder Seitenwellen 48, die jeweils mittels einer entsprechenden Radtrennvorrichtung 52 selektiv mit einem entsprechenden Vorderrad 50 gekoppelt sind. Jede Radtrennvorrichtung 52 hat einen eingerückten Zustand und einen ausgerückten Zustand. Wenn eine Radtrennvorrichtung 52 eingerückt ist, ist die zugehörige Halbwelle 48 mit dem zugehörigen Vorderrad 50 antreibend gekoppelt. Wenn eine Radtrennvorrichtung 52 ausgerückt ist, ist die zugehörige Halbwelle 48 von dem zugehörigen Vorderrad 50 entkoppelt. Die Radtrennvorrichtungen 52 und die Kupplung 42 befinden sich ebenfalls mit der Steuereinrichtung 20 in Kommunikation oder unterliegen ihrer Steuerung.
Die Steuereinrichtung 20 kann die Kupplung 42 und/oder die Radtrennvorrichtungen 52 ausrücken, um die zugehörigen Komponenten zu entkoppeln und in einem RWD-Modus zu betreiben. Das Entkoppeln der Vorderräder 50 und/oder der vorderen Antriebswelle 40 reduziert Blindverluste, die durch das Reduzieren der Menge an angetriebenen und/oder rotierenden Komponenten bedingt sind. Insbesondere erlaubt das Ausrücken der Kupplung 42 und der Radtrennvorrichtungen 52 den Vorderrädern 50, sich frei zu drehen, ohne dass eine Rotation der Vorderachse 44, des vorderen Differenzials 46, der vorderen Antriebswelle 40 erforderlich ist. In anderen Ausführungsformen können sich zusätzliche Komponenten, die zwischen der Kupplung 42 und den Radtrennvorrichtungen 52 angeordnet sind, ebenfalls frei drehen. Blindverluste können daher im RWD-Modus reduziert werden, was das Kraftstoffersparnis erhöht.
Die Steuereinrichtung 20 kann die Kupplung 42 und die Radtrennvorrichtungen 52 einrücken, um den Motor 12 und die elektrische Maschine 14 mit den Vorderrädern 50 antreibend zu koppeln und in einem 4WD-Modus zu betreiben. Dieser Modus kann im Vergleich zu dem RWD-Modus erhöhte Traktion und/oder Stabilität bieten. Die Steuereinrichtung 20 kann eine Logik umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie als Reaktion darauf, dass mindestens eine 4WD-Bedingung von den Sensoren 22 detektiert wird, im 4WD-Zustand arbeitet.
Das Fahrzeug 10 umfasst außerdem hintere Reibungsbremsen 54, die so konfiguriert sind, dass sie ein Reibungsbremsmoment auf die Hinterräder 38 aufbringen, und vordere Reibungsbremsen 56, die so konfiguriert sind, dass sie ein Reibungsbremsmoment auf die Vorderräder 50 aufbringen. Die hinteren Reibungsbremsen 54 und die vorderen Reibungsbremsen 56 befinden sich in Kommunikation mit der Steuereinrichtung 20 oder unterliegen ihrer Steuerung. Die Steuereinrichtung 20 ist so konfiguriert, dass sie als Reaktion auf eine Bremsanforderung, wie sie zum Beispiel von einem Bremspedalsensor 22 detektiert wird, die hinteren Reibungsbremsen 54, die vorderen Reibungsbremsen 56 und die elektrische Maschine 14 so aufeinander abstimmt, dass sie ein Reibungsbremsmoment beziehungsweise ein regeneratives Bremsmoment liefern, das die Bremsanforderung erfüllt.
Bislang bekannte FWD/4WD- oder RWD/4WD-Fahrzeuge sind im Allgemeinen so konfiguriert, dass sie, wenn regeneratives Bremsen aktiv ist, die nicht angetriebene Achse entkoppeln und Blindverluste reduzieren, während sie gleichzeitig ein regeneratives Bremsmoment auf die angetriebene Achse aufbringen. Das ausschließliche Aufbringen eines Bremsmoments auf die Hinterachse in einem RWD-basierten System ist im Allgemeinen weniger stabil als das Aufbringen eines Bremsmoments sowohl auf die Vorderräder als auch auf die Hinterräder. In solchen Systemen sind daher im Allgemeinen Reibungsbremsen aktiviert, um ein Reibungsbremsmoment auf die nicht angetriebene Achse aufzubringen. Während eines Bremsereignisses kann jedoch die dynamische Gewichtsverlagerung dazu führen, dass der Großteil des Fahrzeugbremsvorgangs an den Vorderrädern ausgeführt wird. Zum Beispiel können während eines typischen Bremsereignisses 70 % des Bremsvorgangs an den Vorderrädern erfolgen. In einem RWD-basierten System kann dies dazu führen, dass der größte Teil des Bremsvorgangs als Reibungsbremsung an den Vorderrädern erfolgt, anstatt als regenerative Bremsung an den Hinterrädern, wodurch die Menge an Energie beschränkt wird, die an der Hinterachse gewonnen werden kann, ohne Fahrzeugstabilität zu verursachen. Reibungsbremsen führen kinetische Energie als Hitze ab und reduzieren dadurch die maximale Menge an kinetischer Energie, die zurückgewonnen werden kann. Folglich können solche Systeme nicht die maximal verfügbare Energie zurückgewinnen.
Andere bekannte Systeme können einen separaten Motor/Generator für jede Achse oder für jedes Rad umfassen. Obgleich solche Systeme eine erhöhte regenerative Kapazität im Vergleich zu dem Entkoppeln der nicht angetriebenen Achse erlauben, sind sie aufgrund der erhöhten Anzahl von Komponenten auch mit einer erhöhten Komplexität verbunden.
Bezugnehmend auf 2 ist ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung in Form eines Ablaufdiagramms dargestellt. Der Algorithmus beginnt bei Block 60. Bei Block 62 ist das Fahrzeug in Bewegung, wobei das Getriebe 18 im DRIVE ist, die Geschwindigkeit über einer Eintrittschwelle liegt und das Gaspedal gedrückt wird, wie bei 62 dargestellt. Die Eintrittsschwelle kann auf der Basis von verschiedenen Faktoren kalibriert sein, einschließlich (ohne darauf beschränkt zu sein) Blindverluste des Systems, Fahrbarkeit bedingt durch Blockieren der Vorderachse bei niedrigen Geschwindigkeiten und Drehmomenteigenschaften der elektrischen Maschine über einen Bereich von Fahrzeuggeschwindigkeiten.
Bei Operation 64 wird bestimmt, ob das Gaspedal losgelassen wurde. Wenn die Bestimmung negativ ist, bleibt die Steuerung bei Operation 64. Der Algorithmus bleibt also bei Operation 64, bis das Gaspedal losgelassen wurde. Wenn die Bestimmung positiv ist, fährt die Steuerung mit Operation 66 fort.
Bei Operation 66 wird bestimmt, ob sich das Fahrzeug im 4WD-Modus befindet, z. B. ob die Kupplung 42 und die Trennvorrichtungen 52 in eingerücktem Zustand sind. Wenn die Bestimmung positiv ist, fährt die Steuerung mit Block 68 fort. Bei Block 68 wird das Fahrzeug im 4WD-Modus gehalten und durch Loslassen des Pedals wird eine Menge an regenerativem Bremsmoment aufgebracht. Außerdem können die Kupplung 42 und/oder die Trennvorrichtungen 52 so gesteuert werden, dass die Menge des an die Vorderräder übertragenen Drehmoments auf der Basis von Faktoren variiert, zu denen, ohne darauf beschränkt zu sein, die Menge an verfügbarer Energie zur Gewinnung, die regenerative Kapazität der elektrischen Maschine 14 und/oder der Batterie 16, die Fahrzeugstabilitätsbedingungen, Geräusch, Vibration, Rauheit (NVH) und die Fahrbarkeit zählen. Die Steuerung fährt dann mit Operation 70 fort.
Bei Operation 70 wird bestimmt, ob eine Bremsung angefordert wird, z. B. ob ein Bremspedal gedrückt wird. Wenn die Bestimmung positiv ist, fährt die Steuerung mit Block 72 fort. Bei Block 72 wird eine AWD_regen-Bedingung aktiviert. Wenn die AWD_regen-Bedingung aktiv ist, wird das Fahrzeug im 4WD-Modus gehalten und ein regeneratives Bremsmoment und ein Reibungsbremsmoment werden aufeinander abgestimmt, um das Fahrzeug zu bremsen und mittels regenerativen Bremsens kinetische Energie zurückzugewinnen. Da sich das Fahrzeug im 4WD-Modus befindet, bringt die elektrische Maschine 14 sowohl auf die Hinterachse 32 als auch auf die Vorderachse 44 ein regeneratives Bremsmoment auf. Die Steuerung kann außerdem die Reibungsbremsen 54 und 56 so steuern, dass sie ein Reibungsbremsmoment liefern, wenn die elektrische Maschine 14 nicht in der Lage ist, die Bremsanforderung ausschließlich mittels eines regenerativen Bremsmoments zu erfüllen. Die Steuerung fährt dann mit Operation 74 fort.
Bei Operation 74 wird bestimmt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit unter den Eingangsschwellenwert gesunken ist. Wenn die Bestimmung negativ ist, fährt die Steuerung mit Operation 76 fort.
Bei Operation 76 wird bestimmt, ob die Bremse losgelassen wurde. Wenn die Bestimmung positiv ist, kehrt die Steuerung zu Operation 66 zurück. Wenn die Bestimmung negativ ist, kehrt die Steuerung zu Block 72 zurück. Das Fahrzeug wird also im 4WD-Modus gehalten und ein regeneratives Bremsmoment und ein Reibungsbremsmoment werden aufgebracht, bis die Bremse losgelassen wird.
Zurückkehrend zu Operation 74 fährt die Steuerung mit Block 80 fort, wenn die Bestimmung positiv ist. Bei Block 80 endet die AWD_regen-Bedingung. Obgleich die AWD_regen-Bedingung beendet ist, kann das Fahrzeug aufgrund von anderen Bedingungen, zum Beispiel Traktions- oder Stabilitätsanforderungen, immer noch im 4WD-Modus gehalten werden. Der Algorithmus endet dann bei Block 82.
Zurückkehrend zu Operation 70 fährt die Steuerung mit Operation 78 fort, wenn die Bestimmung negativ ist. Bei Operation 78 wird bestimmt, ob das Gaspedal erneut gedrückt wurde. Wenn die Bestimmung negativ ist, kehrt die Steuerung zu Block 68 zurück. Das regenerative Bremsmoment wird also durch Loslassen des Pedals aufgebracht, bis eine Bremsung angefordert wird oder das Gaspedal erneut gedrückt wird. Wenn die Bestimmung positiv ist, fährt die Steuerung mit Block 80 fort.
Zurückkehrend zu Operation 66 fährt die Steuerung mit Block 84 fort, wenn die Bestimmung negativ ist. Bei Block 84 wird das Fahrzeug im RWD-Modus gehalten. Die Steuerung fährt dann mit Operation 86 fort.
Bei Operation 86 wird bestimmt, ob eine Bremsung angefordert wird, z. B. ob ein Bremspedal gedrückt wird. Wenn die Bestimmung negativ ist, fährt die Steuerung mit Operation 88 fort.
Bei Operation 88 wird bestimmt, ob das Gaspedal gedrückt wurde. Wenn die Bestimmung negativ ist, kehrt die Steuerung zu Block 84 zurück. Wenn die Bestimmung positiv ist, kehrt die Steuerung zu Operation 64 zurück.
Zurückkehrend zu Operation 86 fährt die Steuerung mit Operation 90 fort, wenn die Bestimmung positiv ist. Bei Operation 90 wird auf der Basis von Haltbarkeitsfaktoren, zum Beispiel aktuelle Temperaturen von verschiedenen 4WD-Komponenten, bestimmt, ob ein 4WD-Betrieb zulässig ist. Wenn die Bestimmung negativ ist, kehrt die Steuerung zu Block 84 zurück. Wenn die Bestimmung positiv ist, fährt die Steuerung mit Operation 92 fort.
Bei Operation 92 wird bestimmt, ob regeneratives Bremsen zulässig ist. Diese Bestimmung kann auf der Basis von vielerlei Faktoren erfolgen, einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, der aktuelle Ladestatus der Batterie, Beschränkungen beim Laden der Batterie, das Vorhandensein und die Größe von Radschlupf und sonstige Erwägungen in Bezug auf Stabilität. Wenn die Bestimmung negativ ist, kehrt die Steuerung zu Block 84 zurück. Wenn die Bestimmung positiv ist, fährt die Steuerung mit Block 94 fort.
Bei Block 94 wird die AWD_regen-Bedingung aktiviert. Folglich sind die Kupplung 42 und die Trennvorrichtungen 52 eingerückt, um das Fahrzeug im 4WD-Modus zu betreiben. Außerdem werden ein regeneratives Bremsmoment und ein Reibungsbremsmoment so aufeinander abgestimmt, dass das Fahrzeug gebremst wird und mittels einer regenerativen Bremsung kinetische Energie zurückgewonnen wird. Da sich das Fahrzeug im 4WD-Modus befindet, bringt die elektrische Maschine 14 sowohl auf die Hinterachse 32 als auch auf die Vorderachse 44 ein regeneratives Bremsmoment auf. Die Steuerung kann außerdem die Reibungsbremsen 54 und 56 so steuern, dass sie ein Reibungsbremsmoment liefern, wenn die elektrische Maschine 14 nicht in der Lage ist, die Bremsanforderung ausschließlich mittels eines regenerativen Bremsmoments zu erfüllen. Die Steuerung fährt dann mit Operation 96 fort.
Bei Operation 96 wird bestimmt, ob die Bremse losgelassen wurde. Wenn die Bestimmung positiv ist, kehrt die Steuerung zu Operation 66 zurück. Wenn die Bestimmung negativ ist, fährt die Steuerung mit Operation 98 fort. Bei Operation 98 wird bestimmt, ob das Gaspedal erneut gedrückt wurde. Wenn die Bestimmung positiv ist, fährt die Steuerung mit Block 80 fort. Wenn die Bestimmung negativ ist, kehrt die Steuerung zu Block 94 zurück.
Obgleich die vorstehenden Angaben in Verbindung mit einer wählbaren RWD/4WD-Plattform erörtert wurden, können andere Ausführungsformen in Verbindung mit einer wählbaren AWD-Plattform oder einer Plattform, bei der die Vorderachse die hauptsächlich angetriebene Achse ist, implementiert werden.
In einer zusätzlichen Ausführungsform sind die Radtrennvorrichtungen 52 weggelassen. In einer solchen Ausführungsform ist nur die Kupplung 42 eingerückt, um den 4WD-Modus zu aktivieren. In einer anderen Ausführungsform ist nur eine Radtrennvorrichtung 52 an dem Differenzial 46 vorgesehen. In einer solchen Ausführungsform erlaubt das Trennen von einem Vorderrad Komponenten des Differenzials 46 mit hohem Luftwiderstand, mit dem schnellen Drehen aufzuhören.
In noch einer anderen Ausführungsform ist ein kalibrierbarer Bremsschwellenwert vorgesehen und die Operationen 70 und 96 werden nur dann erfüllt, wenn die Bremsanforderung den kalibrierbaren Schwellenwert überschreitet. Schwache Bremsanforderungen können also erfüllt werden, in dem nur auf die Hinterachse 32 ein regeneratives Bremsmoment aufgebracht wird, während Bremsanforderungen von einer höheren Größenordnung in dem AWD-Modus erfüllt werden können. Der Schwellenwert kann kalibriert werden, um Schlupf der Hinterräder zu vermeiden.
In einer weiteren Ausführungsform kann zu verschiedenen Zeitpunkten in der Steuerlogik bestimmt werden, ob ein Blockieren stattfindet. Wenn die Bestimmung positiv ist, kann der AWD-Modus reduziert oder unterbrochen werden, bis das Blockieren nachlässt.
Wie anhand der verschiedenen Ausführungsformen gesehen werden kann, bietet die vorliegende Erfindung ein System und ein Verfahren, bei denen während eines Bremsereignisses sowohl auf die Vorderachse als auch auf die Hinterachse ein regeneratives Bremsmoment aufgebracht wird. Dies kann den Anteil an kinetischer Energie, die durch regeneratives Bremsen zurückgewonnen wird, im Vergleich zu bekannten Fahrzeugen erhöhen und folglich das Kraftstoffersparnis erhöhen.
Obgleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Wörter sind eher beschreibende als beschränkende Wörter, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Grundgedanken und dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Außerdem können die Merkmale verschiedener Implementierungsausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.

Claims

Fahrzeug, umfassend: eine Stromquelle, die so konfiguriert ist, dass sie ein Antriebsmoment liefert; eine Vorderachse; eine Hinterachse; ein Verteilergetriebe, das so konfiguriert ist, dass es ein Antriebsmoment von der Stromquelle auf die Vorderachse und die Hinterachse aufteilt; eine Kupplung, die zwischen der Vorderachse und dem Verteilergetriebe angeordnet ist, wobei die Kupplung einen eingerückten Zustand und einen ausgerückten Zustand hat, wobei die Kupplung in dem eingerückten Zustand das Verteilergetriebe und die Vorderachse antreibend miteinander koppelt; ein regeneratives Bremssystem, das so konfiguriert ist, dass es als Reaktion auf eine Bremsanforderung ein regeneratives Bremsmoment an die Hinterachse liefert; und eine Steuereinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie als Reaktion auf eine Bremsanforderung und darauf, dass sich die Kupplung in dem ausgerückten Zustand befindet, die Kupplung so steuert, dass sie in den eingerückten Zustand wechselt, um das regenerative Bremssystem mit der Vorderachse zu koppeln und ein regeneratives Bremsmoment an die Vorderachse zu liefern.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend ein erstes und ein zweites Vorderrad, die an der Vorderachse angeordnet sind, ein vorderes Differenzial, welches das Verteilergetriebe und die Vorderachse antreibend miteinander koppelt, eine erste Trennvorrichtung, die zwischen dem vorderen Differenzial und dem ersten Rad angeordnet und so konfiguriert ist, dass sie in eingerücktem Zustand das vordere Differenzial und das erste Rad antreibend miteinander koppelt, und eine zweite Trennvorrichtung, die zwischen dem vorderen Differenzial und dem zweiten Rad angeordnet und so konfiguriert ist, dass sie in eingerücktem Zustand das vordere Differenzial und das zweite Rad antreibend miteinander koppelt, wobei die Steuerung ferner so konfiguriert ist, dass sie als Reaktion auf die Bremsanforderung und darauf, dass sich die erste und die zweite Trennvorrichtung in ausgerücktem Zustand befinden, die erste und die zweite Trennvorrichtung so steuert, dass sie einrücken.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Batterie, die mit der regenerativen Bremse elektrisch gekoppelt ist und einen Ladezustand hat, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie die Kupplung so steuert, dass sie als weitere Reaktion darauf, dass der Ladezustand unter einem zugehörigen Schwellenwert ist, einrückt.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die regenerative Bremse eine elektrische Maschine umfasst.
Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs mit einer Stromquelle, die so konfiguriert ist, dass sie ein Antriebsmoment an eine Hinterachse liefert, regenerativen Bremsen, die so konfiguriert sind, dass sie ein regeneratives Bremsmoment auf die Hinterachse aufbringen, und einem schaltbaren Element, das so konfiguriert ist, dass es selektiv die Stromquelle mit einer Vorderachse antreibend koppelt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: das Einrücken des schaltbaren Elements als Reaktion auf eine Bremsanforderung und darauf, dass das schaltbare Element ausgerückt ist, um ein regeneratives Bremsmoment auf die Vorderachse aufzubringen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das schaltbare Element eine Kupplung umfasst, die zwischen einem Verteilergetriebe und einem vorderen Differenzial, das mit der Vorderachse antreibend gekoppelt ist, angeordnet ist, und wobei das Einrücken des schaltbaren Elements das Steuern der Kupplung in einer solchen Weise umfasst, dass sie einrückt, um das Verteilergetriebe und das vordere Differenzial antreibend miteinander zu koppeln.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das schaltbare Element eine Kupplung umfasst, die zwischen einem Vorderrad und einem vorderen Differenzial, das mit der Vorderachse antreibend gekoppelt ist, angeordnet ist, und wobei das Einrücken des schaltbaren Elements das Steuern der Kupplung in einer solchen Weise umfasst, dass sie einrückt, um das vordere Differenzial und das Vorderrad antreibend miteinander zu koppeln.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Einrücken des schaltbaren Elements als Reaktion darauf erfolgt, dass die Bremsanforderung einen zugehörigen Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend das Ausrücken des schaltbaren Elements als Reaktion darauf, dass die Bremsanforderung unter den zugehörigen Schwellenwert sinkt.
Fahrzeug, umfassend: ein Vorderrad; ein Hinterrad; regenerative Bremsen, die so konfiguriert sind, dass sie als Reaktion auf eine Bremsanforderung ein regeneratives Bremsmoment auf das Hinterrad aufbringen; ein schaltbares Element, das so konfiguriert ist, dass es die regenerative Bremse selektiv mit dem Vorderrad koppelt, um ein regeneratives Bremsmoment auf das Vorderrad aufzubringen; und eine Steuereinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie als Reaktion auf eine Bremsanforderung und darauf, dass das schaltbare Element ausgerückt ist, das schaltbare Element so steuert, dass es einrückt.
Fahrzeug nach Anspruch 10, ferner umfassend ein Verteilergetriebe, das zwischen dem Vorderrad und dem Hinterrad angeordnet und so konfiguriert ist, dass es ein Drehmoment auf das Vorderrad und das Hinterrad aufteilt, wobei das schaltbare Element eine Kupplung umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie in eingerücktem Zustand das Verteilergetriebe und das Vorderrad antreibend miteinander koppelt.
Fahrzeug nach Anspruch 11, ferner umfassend ein vorderes Differenzial, das so konfiguriert ist, dass es das Vorderrad und eine Antriebswelle, die mit dem vorderen Differenzial antreibend gekoppelt ist, antreibt, wobei die Kupplung zwischen dem Verteilergetriebe und der Antriebswelle angeordnet und so konfiguriert ist, dass sie in eingerücktem Zustand das Verteilergetriebe und die Antriebswelle antreibend miteinander koppelt.
Fahrzeug nach Anspruch 11, ferner umfassend ein vorderes Differenzial, das so konfiguriert ist, dass es das Vorderrad antreibt, und eine Antriebswelle, die das vordere Differenzial und das Verteilergetriebe antreibend miteinander koppelt, wobei die Kupplung zwischen dem vorderen Differenzial und dem Rad angeordnet und so konfiguriert ist, dass sie in eingerücktem Zustand das vordere Differenzial und das Rad antreibend miteinander koppelt.
Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei die Bremsanforderung einen zugehörigen Schwellenwert überschreitet.
Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei die Steuereinrichtung so konfiguriert ist, dass sie das schaltbare Element so steuert, dass es als weitere Reaktion darauf, dass ein Ladezustand einer Batterie unter einem zugehörigen Schwellenwert ist, einrückt.
Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei die regenerative Bremse eine elektrische Maschine umfasst.