DE102016207911A1 - Steuervorrichtung für Fahrzeuge mit mindestens einer steuer- oder regelbaren Kupplung oder Sperre an der Längs- und/oder an einer Querantriebsachse - Google Patents

Steuervorrichtung für Fahrzeuge mit mindestens einer steuer- oder regelbaren Kupplung oder Sperre an der Längs- und/oder an einer Querantriebsachse Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Steuervorrichtung für Fahrzeuge mit mindestens einer steuer- oder regelbaren Kupplung oder Sperre an der Längs- und/oder an einer Querantriebsachse und mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit zum Schließen oder Öffnen der Kupplung oder Sperre zur variablen Antriebs-Momentverteilung, wobei die Steuereinheit ein Funktionsmodul aufweist, das derart ausgestaltet ist, dass im Zug- oder zumindest im Konstantfahrt-Betrieb oder bei nur moderater Fahrzeugverzögerung bei gleichzeitigem Vorliegen einer Momentenvorgabe und einer Bremsgröße ein Öffnen der steuer- oder regelbaren Kupplung oder Sperre verhindert wird oder maximal bis zu einem definierten Mindestgrad, vorzugsweise abhängig von weiteren definierten Bedingungen zur Erkennung extremer Fahrsituationen, erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft steuer- bzw. regelbare Längs- und/oder Quersperren (z. B. Lamellenkupplungen, elektronische Differenzialsperren) für Fahrzeuge, auch Allradfahrzeuge, mit deren Hilfe eine Traktionsverbesserung, eine Fahrstabilitätserhöhung und/oder eine Fahrdynamikbeeinflussung erzielt werden kann. Mit Sperren bzw. Kupplungen dieser Art kann Antriebsmoment variabel oder stufenweise geschaltet von einer primär angetriebenen Achse auf eine sekundär angetriebene Achse und/oder von einem Antriebsrad einer Achse auf das gegenüberliegende Rad derselben Achse verteilt werden.
  • Aus steuer- bzw. regelungstechnischer Sicht werden zur Ansteuerung der Sperren bzw. Kupplungen im Allgemeinen zwei Rechenanteile ermittelt, die einzeln wirksam oder beispielsweise additiv überlagert werden können:
    • 1. Ein oder mehrere Vorsteueranteile, z. B. errechnet aus dem zur Verfügung stehenden Antriebsmoment, ggf. mit Zu- oder Abschlägen in Abhängigkeit von der Fahrervorgabe (Fahrerwunschmoment, Fahrpedalvorgabe und/oder deren Gradienten) oder in Abhängigkeit von bestimmten Betriebs- und/oder Umweltparametern (Fahrbahnsteigung, Kurvensituationen, µ-Splitt-Fahrbahn, usw.)
    • 2. Ein geregelter Anteil in Abhängigkeit vom Differenzschlupf zwischen den Achsen bzw. zwischen gegenüberliegenden Rädern.
  • Unter bestimmten Betriebsbedingungen, wie z. B. bei aktivierter ABS-Regelung oder einer ABS-Subfunktion, wie z. B. der Cornering Brake Control CBC zur Erhöhung der Bremsstabilität bei Kurvenfahrt, oder allgemein bei einer Verzögerungsregelung oder einem stabilisierenden Radbremseneingriff eines Regelsystems (z. B. DSC/ESP-Fahrzeugregler), bei der eine automatische Bremsenbetätigung bzw. Bremsdruckvariation an allen oder einzelnen Radbremsen erfolgt, wird/werden die Längs- und/oder Querkupplungen bzw. -sperren meist vollständig oder zumindest teilweise geöffnet. Dadurch wird sichergestellt, dass keine Querwirkungen (durch ansonsten vorhandene unerwünschte Sperrwirkung) zwischen den einzelnen angetriebenen Fahrzeugachsen bzw. einzelnen Fahrzeugrädern erfolgen, da ansonsten ungewollte Fahrstabilitäts-Beeinträchtigungen und/oder Bremswegverlängerungen auftreten können.
  • Aus der DE 101 18 129 A1 ist ein Verfahren zur Verbesserung des Regelverhaltens eines Fahrstabilitätsregelsystems (DSC/ESP) beim Erkennen von Kriterien für ein Driftmanöver bekannt, bei dem die Schlupfschwellen erhöht werden.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, Steuer- oder Regelvorgänge mit Kupplungen und Sperren eingangs genannter Art an besondere Extrem-Fahrweisen, wie z.B. Driften, anzupassen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst, während in den abhängigen Ansprüchen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung angegeben sind.
  • Die Erfindung betrifft insbesondere eine Steuervorrichtung für Fahrzeuge mit mindestens einer steuer- oder regelbaren Kupplung oder Sperre an der Längs- und/oder an einer Querantriebsachse und mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit zum Schließen oder Öffnen der Kupplung oder Sperre zur variablen Antriebs-Momentverteilung, wobei die Steuereinheit ein Funktionsmodul aufweist, das derart ausgestaltet ist, dass im Zug- oder zumindest im Konstantfahrt-Betrieb bei gleichzeitigem Vorliegen einer Antriebs-Momentenvorgabe (im Folgenden auch nur als Momentenvorgabe bezeichnet) und einer Bremsgröße ein Öffnen der steuer- oder regelbaren Kupplung oder Sperre verhindert wird oder maximal bis zu einem definierten Mindestgrad, vorzugsweise abhängig von weiteren definierten Bedingungen zur Erkennung extremer Fahrsituationen, erfolgt.
  • Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde:
    Der oben genannte Stand der Technik weist einen entscheidenden Nachteil auf, der bei Extrem-Fahrweisen – insbesondere bei sportlichen Fahrern bzw. dementsprechend sportlich-agiler Fahrweise – auftritt: Insbesondere wird häufig beim Driftfahren in und durch Kurven eine sogenannte „Zweifußfahrer“-Fahrweise oder ein sogenanntes „Linksbremsen“ angewendet, wobei ein gleichzeitiges dosiertes Bremsen und Gasgeben mit einem quergestellten Fuß oder mit beiden Füßen mit dem Ziel erfolgt, das Fahrzeug vor und in der Kurve im Sinne einer Fahragilitätserhöhung und sportlicheren Fahrzeugreaktion übersteuernd „anzustellen“, d. h. einen gewünschten Fahrzeugschwimmwinkel initial einzuleiten oder einzustellen.
  • Da es in diesen Fahrsituationen und dieser Fahrweise – z. B. aufgrund stochastischer Schlupfverläufe an den Rädern oder unbeabsichtigter zu starker Bremsenbetätigung – teilweise immer wieder zu einer Aktivierung von ABS oder einem anderen stabilisierenden Bremseneingriff (Fahrzeugregler) kommen kann, führt dies dazu, dass nach dem Stand der Technik die vorhandenen Längs- und oder Querkupplungen bzw. -sperren meistens ganz oder zumindest teilweise geöffnet werden. Dies hat einen plötzlichen temporären Zugkraftverlust einer angetriebenen Achse und/oder einzelner angetriebener Räder einer Achse, ein wechselndes Eigenlenkverhalten sowie ein geändertes Stabilitätsverhalten des Fahrzeugs zur Folge. Das Handlingverhalten des Fahrzeugs ist damit in diesen Situationen nicht mehr bzw. nur schwer vorherseh- und einschätzbar.
  • Beispielsweise kann ein Fahrzeug mit einer über eine Längskupplung zuschaltbaren Vorderachse (= Sekundärachse) beim Driftfahren unter Zug und plötzlichem Öffnen der Längskupplung instabil werden (besonders stark auf niedrigen und mittleren Reibwertverhältnissen Reifen/Fahrbahn), da das komplette Antriebsmoment hierbei an der Hinterachse anliegt und das Fahrzeugverhalten damit unverhofft stark übersteuernd werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass zur Vermeidung dieser Nachteile beim Fahren unter Zug oder zumindest bei Konstantfahrt oder bei nur moderater Fahrzeugverzögerung bei eindeutigem Vorliegen einer Fahrerwunschmomentvorgabe oder einer Momentenvorgabe eines automatisierten Fahrzeugsystems (z. B. Active Cruise Control ACC) und bei gleichzeitiger Betätigung des Bremspedals oder eines dementsprechend automatisierten Systems, das die Fahrzeugbremsen mit Bremsdruck beaufschlagen kann, auch bei ungeregelter Bremsung (egal ob vom Fahrer per Bremspedal ausgelöst oder durch automatische Systeme) im Rahmen der „Zweifußfahrersituationen“ möglichst kein Öffnen der steuer- bzw. regelbaren Kupplungen bzw. Sperren erfolgt. Zumindest soll ein Öffnen nur teilweise bis zu einem definierten Mindestsperrgrad/Mindestsperrmoment oder einer Mindestsperrmomentenverteilung der steuer- bzw. regelbaren Kupplungen bzw. Sperren erfolgen.
  • Das Öffnen bzw. Schließen der steuer-/regelbaren Kupplung oder Sperre bis zu einem definierten Mindestgrad kann dabei entweder z. B. sprungförmig oder gemäß einer definierten Rampenfunktion bzw. einem sonstigen vorgegebenen Funktionsverlauf erfolgen, wobei letztere wiederum variabel abhängig von den vorliegenden fahrdynamischen Größen wie Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder einer Momentenvorgabe und/oder einer Bremsgröße und/oder einer Fahrdynamikgröße und/oder einer Fahrbahnneigung und/oder dem Reibwert zwischen Reifen und Fahrbahn und/oder abhängig von bestimmten zeitlichen Verläufen oder Abfolgen im Hinblick auf die Momentenvorgabe und die Bremsgröße und/oder abhängig von wählbaren Funktionsmodi sein kann.
  • Vorzugsweise werden zusätzliche Randbedingungen definiert, über die Extrem-Fahrzustände bzw. Extrem-Betriebsbedingungen eindeutig erkannt werden und/oder über die Zulassungen, Einschränkungen und/oder Verbote aktivierbar sind.
  • Derartige Randbedingung sind beispielsweise:
    • – bestimmte Geschwindigkeitsbereiche,
    • – definierte Wertebereiche für Fahrpedalvorgaben, Wunschmomentvorgaben etc.,
    • – definierte Wertebereiche für Bremsdruckvorgaben, Bremsdrücke, Bremsmomente etc.,
    • – bestimmte Wertebereiche für Fahrdynamikgrößen, wie Fahrzeug-Quer-und/oder Längsbeschleunigungen, Drehraten, Schwimmwinkel, Lenkwinkel oder entsprechende Kriterien,
    • – bestimmte Wertebereiche für Fahrbahnsteigungen/-gefälle,
    • – bestimmte Wertebereiche für Reifen-/Fahrbahnreibwerte bzw. Reifen-/Fahrbahn-Kraftschlussverhältnisse oder analoge Kriterien,
    • – bestimmte wählbare Modi für das Fahrzeugregel-/Fahrstabiliäts-/Traktions-/Bremsregel-/Fahrerassistenzsystem, z. B. nur im Sportmodus oder nur im Modus DTC (Dynamische Traktions Control) oder nur im Modus DSC_OFF etc.,
    • – bestimmte zeitliche Verläufe bzw. bestimmte zeitliche Abfolgen bei der Betätigung des Fahrpedals und der Bremse oder der anderen o. g. Randbedingungen.
  • Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erreicht:
    • – Verbessertes Handlingverhalten von Fahrzeugen mit Längs- und/oder Quersperren bei sportlicher Fahrweise als „Zweifußfahrer“ (= gleichzeitiges dosiertes Bremsen und Gasgeben mit einem quergestellten Fuß oder mit beiden Füßen).
    • – Besser einschätzbares Fahrzeugstabilitäts- und Traktionsverhalten unter sportlich-agilen Fahrbetriebszuständen („Driften“), z. B. keine Zugkraftunterbrechungen und/oder kein wechselndes Eigenlenkverhalten und/oder keine ungewollten Fahrzeuginstabilitäten beim Fahren als „Zweifußfahrer“.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung eine Übersicht über die wesentlichen Komponenten der Erfindung
  • Die Figur zeigt ein Fahrzeug mit einer Antriebeinheit 9 zum direkten Antrieb einer Hinterachse 3 mit den Rädern 6 und 7 und mit einer Vorderachse 2 mit den Rädern 4 und 5. Über die regelbare Längskupplung 1 (Kupplung in der Längsachse) kann das Fahrzeug zumindest zeitweise als Allrad-Fahrzeug betrieben werden. Die Längskupplung 1 wird von der elektronischen Steuereinheit 8 angesteuert. Mindestens ein hier nicht näher dargestelltes übliches Antriebssteuergerät der Antriebseinheit 9 kommuniziert mit der Steuereinheit 8. Die Steuereinheit 8 erhält diverse Eingangssignale, wie z. B. die Fahrzeuggeschwindigkeit v, eine Momentenvorgabe M, eine Bremsgröße B, eine Fahrdynamikgröße F, eine Fahrbahnneigung N, einen Reibwert N und den Ein-/Ausschaltstatus eines wählbaren sportlichen Fahr-Modus S.
  • Die Steuereinheit 8 weist ein Funktionsmodul 10 auf, das insbesondere durch entsprechende Software-Programmierung derart ausgestaltet ist, dass im Zug- oder zumindest im Konstantfahrt-Betrieb oder bei nur moderater Fahrzeugverzögerung bei gleichzeitigem Vorliegen einer Momentenvorgabe M und einer Bremsgröße B ein Öffnen der steuer- oder regelbaren Kupplung 1 maximal bis zu einem definierten Mindestgrad Kgrenz erfolgt. Die Kupplung 1 kann abhängig von vorgegebenen Bedingungen auch ganz geschlossen bleiben.
  • Zum erfindungsgemäßen Verhindern des Öffnens oder des teilweise Öffnens über einen vorgegebenen Mindestgrad hinaus werden vorzugsweise zusätzliche Randbedingungen vorgegeben, nämlich abhängig von bestimmten Wertebereichen der Fahrzeuggeschwindigkeit v und/oder einer Momentenvorgabe M (durch eine Fahrervorgabe oder eine Systemvorgaben) und/oder einer Bremsgröße B (z.B. Bremsdruckvorgabe, Bremsdruck oder Bremsmomente) und/oder einer Fahrdynamikgröße F (z. B. Fahrzeug-Quer-und/oder Längsbeschleunigung, Drehrate, Schwimm- oder Lenkwinkel) und/oder einer Fahrbahnneigung N (Steigung oder Gefälle) und/oder eines Reibwertes R (z. B. Reifen- oder Fahrbahnreibwerte bzw. Reifen-/Fahrbahn-Kraftschlussverhältnisse) und/oder abhängig von wählbaren Funktionsmodi S (z. B. für ein Fahrzeugregel-/Fahrstabiliäts-/Traktions-/Bremsregel-/Fahrerassistenzsystem, z. B. nur im Sportmodus oder nur im Modus DTC (Dynamische Traktions Control) oder nur im Modus DSC_OFF) und/oder abhängig von bestimmten zeitlichen Verläufe oder Abfolgen V im Hinblick auf die Betätigung des Fahrpedals und der Bremse.
  • 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
    • DE 10118129 A1 [0004]

Claims (7)

  1. Steuervorrichtung für Fahrzeuge mit mindestens einer steuer- oder regelbaren Kupplung (1) oder Sperre an der Längs- und/oder an einer Querantriebsachse und mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit (8) zum Schließen oder Öffnen der Kupplung (1) oder Sperre zur variablen Antriebs-Momentverteilung, wobei die Steuereinheit (8) ein Funktionsmodul (10) aufweist, das derart ausgestaltet ist, dass im Zug- oder zumindest im Konstantfahrt-Betrieb oder bei nur geringer Fahrzeugverzögerung bei gleichzeitigem Vorliegen einer Momentenvorgabe (M) und einer Bremsgröße (B) ein Öffnen der steuer- oder regelbaren Kupplung (1) oder Sperre verhindert wird oder maximal bis zu einem definierten Mindestgrad (Kgrenz) erfolgt.
  2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nicht-Öffnen der steuer- oder regelbaren Kupplung (1) oder Sperre oder ein nur teilweises Öffnen der steuer- oder regelbaren Kupplung (1) oder Sperre maximal bis zu einem definierten Mindestgrad (Kgrenz) nur dann erfolgt, wenn mindestens eine zusätzliche Randbedingung zur Erkennung einer Extrem-Fahrweise vorliegt.
  3. Steuervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bestimmte zusätzliche Randbedingungen abhängig von bestimmten Wertebereichen der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) und/oder einer Momentenvorgabe (M) und/oder einer Fahrdynamikgröße (F) und/oder einer Fahrbahnneigung (N) und/oder eines Reibwertes (R) vorgegeben sind.
  4. Steuervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bestimmte zusätzliche Randbedingungen abhängig von wählbaren Funktionsmodi (S) vorgegeben sind.
  5. Steuervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bestimmte zusätzliche Randbedingungen abhängig von bestimmten zeitlichen Verläufen oder Abfolgen (V) im Hinblick auf die Momentenvorgabe (M) und die Bremsgröße (B) vorgegeben sind.
  6. Verfahren zum Schließen oder Öffnen mindestens einer steuer- oder regelbaren Kupplung (1) oder Sperre an der Längs- und/oder an einer Querantriebsachse eine Fahrzeuges zur variablen Antriebs-Momentverteilung mittels mindestens einer elektronischen Steuereinheit (8), bei dem im Zug- oder zumindest im Konstantfahrt-Betrieb oder bei nur moderater Fahrzeugverzögerung bei gleichzeitigem Vorliegen einer Momentenvorgabe (M) und einer Bremsgröße (B) ein Öffnen der steuer- oder regelbaren Kupplung (1) oder Sperre verhindert wird oder maximal bis zu einem definierten Mindestgrad (Kgrenz) erfolgt.
  7. Elektronische Steuereinheit (8) mit einem Funktionsmodul (10) in Form eines Computerprogrammprodukts zur Durchführung des Verfahrens nach dem vorangegangenen Anspruch.
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