DE102017210075A1

DE102017210075A1 - Verfahren zum Ansteuern eines Fahrzeugantriebsstrangs

Info

Publication number: DE102017210075A1
Application number: DE102017210075.3A
Authority: DE
Inventors: Ralf Cosfeld; Manfred Fux; Gerd Krämer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-06-14
Filing date: 2017-06-14
Publication date: 2018-12-20
Also published as: CN110382318B; US20200114913A1; WO2018229140A1; US11498565B2; CN110382318A

Abstract

Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit mindestens einer Antriebseinheit, insbesondere einem Elektromotor, wobei der Antriebsstrang zumindest einen ersten Teilantriebsstrang aufweist, der einer ersten Abtriebseinheit, insbesondere einem ersten Rad und/oder einer ersten angetriebene Fahr-zeugachse, zugeordnet ist und der ein Drehmoment zwischen der Antriebseinheit und der ersten Abtriebseinheit überträgt, und zumindest einen zweiten Teilantriebsstrang aufweist, der einer zweiten Abtriebseinheit, insbesondere einem zweiten Rad und/ oder einer zweiten angetriebene Fahrzeugachse, zugeordnet ist und der ein Drehmoment zwischen der Antriebseinheit und der zweiten Abtriebseinheit überträgt, und wobei bei Übertragung eines positiven Drehmoments der Antriebsstrang in eine erste Richtung mit Last beaufschlagt wird und bei Übertragung eines negativen Drehmo-ments der Antriebsstrang in eine zweite, der ersten Richtung entgegengesetzte Richtung mit Last beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin mindestens eine Vorspannvorrichtung vorgesehen ist, die bei Errei-chen eines vorbestimmten positiven Drehmomentgrenzwerts oder bei Erreichen eines vorbestimmten negativen Drehmomentgrenzwerts den ersten Teilantriebsstrang in die erste Richtung des positive Drehmoments und den zweiten Teilantriebsstrang in die zweite Richtung des negativen Drehmoments vorspannt.

Description

Vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs sowie ein Verfahren zum Ansteuern eines Fahrzeugantriebsstrangs gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Ein Antriebsstrang eines Fahrzeugs verbindet üblicherweise eine Antriebseinheit, beispielsweise einen Elektromotor und/oder einen Verbrennungsmotor mit mindestens einer Abtriebseinheit, beispielsweise einem Rad oder einer mit den Räder verbundenen Achse. Da ein solcher Antriebsstrang kein starres Gebilde ist, sondern zueinander bewegliche Teile aufweist, ist der Antriebsstrang mit einem gewissen Verdrehspiel behaftet, das durchlaufen werden muss, bevor ein Drehmoment zwischen der Antriebseinheit und der mindestens einen Abtriebseinheit übertragen werden kann. Das heißt, der Antriebsstrang tatsächlich mit Last beaufschlagt ist, sodass eine Kraftübertragung zwischen Antriebseinheit und Abtriebseinheit erfolgen kann.
Dabei ist festgelegt worden, dass bei einem Drehmomentverlauf von Antriebseinheit auf Abtriebseinheit (Zugbetrieb), von einem positiven Drehmoment gesprochen wird, während ein negatives Drehmoment, einen Drehmomentverlauf von Abtriebseinheit auf Antriebseinheit kennzeichnet (Schubbetrieb). Die Drehmomentumkehr, also der Nulldurchgang wird auch als Lastwechsel bezeichnet. Im Bereich dieser Drehmomentumkehr erfolgt aber auch eine Änderung der Drehrichtung des Antriebsstrangs. Diese Änderung der Drehrichtung erfordert jedoch auch, dass, bevor wieder eine Last über den Antriebsstrang übertragen werden kann, das dem Antriebsstrang inhärente Verdrehspiel aufgebraucht ist, so dass die Elemente des Antriebsstrangs alle wieder mit Last beaufschlagt sind, das heißt im Anschlag sind. Dieses Aufbrauchen des Verdrehspiels bzw. das in Anschlag gehen der Elemente kann zum einen eine Verzögerung im Ansprechverhalten nach sich ziehen. Das heißt beispielsweise, dass wenn ein Fahrer des Fahrzeugs zwar bereits ein Drehmoment zur Beschleunigung (positives Drehmoment) an der Antriebseinheit anfordert, um das Fahrzeug aus einem Bremsvorgang (negatives Drehmoment) heraus zu beschleunigen, das Fahrzeug jedoch erst noch das Verdrehspiel durchfahren muss, bevor das positive Drehmoment tatsächlich an die Abtriebseinheit übergeben wird, so dass eine Beschleunigung stattfindet. Diese Verzögerung kann für einen Fahrer merkbar sein. Zum anderen kann das in Anschlag gehen der Elemente des Antriebsstrangs mit einem von dem Fahrer merkbaren Schlag (Lastschlag) erfolgen, der gerade beim schnellen Durchfahren des Verdrehspiels besonders merkbar auftreten kann. Dies ist unerwünscht.
Es ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung, einen Antriebsstrang und ein Verfahren zum Ansteuern eines Antriebsstrangs bereitzustellen, bei dem das Ansprechverhalten verbessert und ein Lastschlag vermindert ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Antriebsstrang gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Ansteuern des Antriebsstrangs gemäß Patentanspruch 9 gelöst.
Im Folgenden wird ein Antriebsstrang eines Fahrzeugs vorgestellt, wobei der Antriebsstrang mindestens eine Antriebseinheit, insbesondere einen Elektromotor, und zumindest eine erste und eine zweite Abtriebseinheit aufweist. Dabei kann die erste und zweite Abtriebseinheit ein erstes Rad und ein zweites Rad, oder aber auch eine erste angetriebene Fahrzeugachse und eine zweite angetriebene Fahrzeugachse sein. Somit hat der Antriebsstrang zumindest einen ersten Teilantriebsstrang, der der ersten Abtriebseinheit zugeordnet ist und der ein Drehmoment zwischen der Antriebseinheit und der ersten Abtriebseinheit überträgt. Zudem hat der Antriebsstrang zumindest einen zweiten Teilantriebsstrang, der der zweiten Abtriebseinheit zugeordnet ist und der ein Drehmoment zwischen der Antriebseinheit und der zweiten Abtriebseinheit überträgt. Dabei wird bei Übertragung eines positiven Drehmoments der Antriebsstrang bzw. die Teilantriebsstränge in eine erste Richtung mit Last beaufschlagt und bei Übertragung eines negativen Drehmoments der Antriebsstrang bzw. die Teilantriebsstränge in eine zweite, der ersten Richtung entgegengesetzte Richtung mit Last beaufschlagt.
Wie oben erwähnt wird ein positives Drehmoment üblicherweise dann übertragen, wenn ein Drehmoment von einer Antriebseinheit auf eine Abtriebseinheit übertragen wird (Zugbetrieb), während ein negatives Drehmoment einen Drehmomentverlauf von einer Abtriebseinheit auf eine Antriebseinheit kennzeichnet (Schubbetrieb). Die Drehmomentumkehr, also der Nulldurchgang beim Drehmomentverlauf, wird auch als Lastwechsel bezeichnet.
Weiterhin wird, um einen Lastschlag oder die Verzögerung im Ansprechverhalten des Antriebsstrangs zu vermeiden, vorgeschlagen, eine Vorspannvorrichtung in dem Antriebsstrang vorzusehen, die bei Erreichen eines vorbestimmten positiven Drehmomentgrenzwerts oder bei Erreichen eines vorbestimmten negativen Drehmomentgrenzwerts den ersten Teilantriebsstrang in die erste Richtung des positive Drehmoments und den zweiten Teilantriebsstrang in die zweite Richtung des negativen Drehmoments vorspannt.
Dabei sind vorzugsweise der positive Drehmomentgrenzwert und der negative Drehmomentgrenzwert in einem Bereich um den Nulldurchgang des Drehmomentverlaufs angeordnet, in dem erwartet werden kann, dass ein Lastwechsel stattfinden könnte. Dieser Bereich ist üblicherweise relativ klein gewählt, beispielsweise in der Größenordnung von weniger als ± 10 Nm.
Dadurch, dass die Vorspanneinrichtung in diesem Bereich den ersten Teilantriebsstrang in die erste Richtung vorspannt, während der zweite Teilantriebsstrang in Richtung des negativen Drehmoment vorgespannt wird, kann egal ob ein Lastwechsel tatsächlich stattfindet oder nicht, sichergestellt werden, dass das Drehmoment direkt übertragen werden kann, ohne dass ein Verdrehspiel des Antriebsstrangs erst durchfahren werden müsste.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Vorspannungsvorrichtung weiterhin dazu ausgelegt, den ersten Teilantriebsstrang mit einer ersten Vorspannkraft und den zweiten Teilantriebsstrang mit einer zweiten Vorspannkraft vorzuspannen. Dabei können erste und zweite Vorspannkräfte aber auch gleich sein.
Die Vorspannkraft kann dabei beispielsweise so gewählt sein, dass das Verdrehspiel des Antriebsstrangs bzw. der Teilantriebsstränge so durchfahren ist, dass alle Elemente in Anschlag sind. Es ist jedoch auch möglich, die Vorspannkraft so anzupassen, dass gerade noch kein reibungs- und trägheitsbedingter Schwellenwert überschritten wird, der beispielsweise bei einem positiven Drehmoment die Grenze zu einem tatsächlichen Bewegen des Fahrzeugs darstellt. In letzterem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn die Vorspannkräfte unterschiedlich sind, da die Kraft zum Bewegen des Fahrzeugs deutlich größer ist als eine Kraft zum Bewegen eines Motors bzw. eines Rotors der Elektromaschine.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist weiterhin eine Steuervorrichtung vorgesehen, die die mindestens eine Vorspannvorrichtung ansteuert und die weiterhin eine Erfassungsvorrichtung aufweist, die einen Fahrmodus erfasst, wobei die Steuereinheit den positiven und/oder den negativen Drehmomentgrenzwert und/oder die erste und/oder zweite Vorspannkraft in Abhängigkeit von dem erfassten Fahrmodus festgelegt. Unter einem Fahrmodus kann beispielsweise ein vom Fahrer gewähltes Ansprechverhalten des Fahrzeugs zu verstehen sein. Beispielsweise kann ein Sportfahrmodus bestimmen, dass die Drehmomentgrenzwerte einen deutlich größeren Bereich abdecken als bei einem Komfortfahrmodus. Grund dafür ist, dass ein sportlicher Fahrer oftmals schnellere Übergänge zwischen Bremsen und Beschleunigen verwendet, als ein Fahrer, der einen Komfortmodus gewählt hat. Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn bei einem sportlichen Fahrverhalten die Vorspannkraft höher ist als bei einem Komfortverhalten, da dann beispielsweise bei einer Beschleunigung nicht erst Trägheits- oder Reibungsverluste die Drehmomentübertragung verlangsamen. In einem komfortorientierten oder auch verbrauchsoptimierten Fahrmodus kann eine Vorspannung aber auch erste bei Erreichen eines tatsächlichen Lastwechsels vorgesehen sein, oder die Vorspannung komplett ausgeschaltet werden. Grund dafür ist, dass die Vorspannung des Antriebsstrangs jedes Mal einen Energieverlust nach sich zieht, da die Vorspanneinrichtung mit Energie beaufschlagt werden muss.
Weiterhin ist vorteilhaft, wenn die Erfassungseinrichtung weiterhin einen Drehmomentwert erfasst und die Steuereinheit weiterhin eine Abschätzeinheit aufweist, die basierend auf dem erfassten Drehmomentwert abschätzt, ob eine Drehmomentumkehr stattfindet. Eine solche Abschätzeinheit kann übliche stochastische Wahrscheinlichkeitsberechnungen durchführen, die auch auf vorher abgespeicherte Drehmomentverläufe basieren können. Dadurch kann das Ansprechverhalten des Fahrzeugs weiter verbessert werden und die Drehmomentgrenzwerte besser bestimmt werden.
Zudem kann die Steuereinheit dazu ausgelegt sein, eine Fahrzeugpedalstellung und/oder einer Fahrzeugpedalbetätigung zu überwachen, und/oder eine Drehmomentumkehr aus einer bestimmten Fahrzeugpedalstellung und/oder einer bestimmten Fahrzeugpedalbetätigung abzuschätzen, und/oder ein über den ersten und/oder zweiten Teilantriebsstrang übertragenes Drehmoment zu überwachen.
Dadurch kann einfach festgestellt werden, oder abgeschätzt werden, ob ein Lastwechsel stattfindet oder nicht. Selbst wenn kein Lastwechsel stattfinden sollte, so ist der Antriebsstrang auch auf diese Situation vorbereitet, da der Antriebsstrang nicht nur in Richtung des Lastwechsels, sondern auch in Richtung des momentanen Drehmomentverlaufs vorgespannt ist.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist nicht nur eine Vorspannvorrichtung vorgesehen, sondern jeder Teilantriebsstrang weist seine eigene Vorspannvorrichtung auf. Dies ermöglicht eine besonders einfache Ausgestaltung der Vorspanneinrichtung, da diese eine Vorspannung nur in eine Richtung bereitstellen muss. Ist beispielsweise an der Vorderachse bzw. Hinterachse jeweils eine Vorspanneinrichtung vorgesehen, so kann beispielsweise die Vorspanneinrichtung der Vorderachse grundsätzlich eine Vorspannung in negativer Drehmomentrichtung bereitstellen, während beispielsweise die Vorspanneinrichtung der Hinterachse grundsätzlich ein Drehmoment in positiver Richtung vorspannt.
Dabei ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Vorspanneinrichtung als Elektromotor ausgebildet ist. Elektromotoren ermöglichen eine schnelle und momentengenaue Durchfahrung und Lastbeaufschlagung des Antriebsstrangs in die eine bzw. andere Richtung.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist nicht nur die Vorspanneinrichtung, sondern auch die Antriebseinheit als Elektromotor ausgebildet. Da in modernen Fahrzeugen oftmals ein Hybridantrieb eingesetzt wird, oder das Fahrzeug insgesamt elektrisch betrieben wird, ist eine Ausgestaltung mit Elektromotor als Antriebseinheit vorteilhaft.
Weiterhin kann die Antriebseinheit gleichzeitig integral die Vorspanneinheit umfassen. Dies ist insbesondere bevorzugt, wenn zwei Antriebseinheiten vorgesehen sind, wobei eine Antriebseinheit der ersten Abtriebseinheit und die zweite Antriebseinheit der zweiten Abtriebseinheit zugeordnet ist. Da beide Antriebseinheiten ausreichend Drehmoment bereitstellen können, ermöglicht eine derartige Ausgestaltung, dass ein besonders lastschlagfreies und schnelles Ansprechverhalten des Antriebsstrangs gewährleistet ist. Somit kann ein besonders sportliches Fahrgefühl vermittelt werden. Eine derartige Ausgestaltung ist bei einem hybridisch oder rein elektrisch betriebenen Allradfahrzeug besonders vorteilhaft, bei dem optional zudem der Elektromotor gleichzeitig als Vorspannvorrichtung fungiert.
Ein weiterer Aspekt vorliegender Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermeiden eines Verdrehspiels in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs, wobei der Antriebsstrang wie oben beschrieben ausgestaltet ist. Das Verfahren umfasst die Schritte:

Bestimmen eines Erreichens des positiven und/oder negativen Drehmomentgrenzwerts und/oder eines Lastwechsels, und
Ansteuern der mindestens einen Vorspannvorrichtung derart, dass sie bei Erreichen des positiven und/oder negativen Drehmomentgrenzwerts und/oder bei Feststellen eines Lastwechsels die erste Abtriebseinheit in Richtung eines positiven Drehmoments und die zweite Abtriebseinheit in Richtung eines negativen Drehmoments vorspannt.

Ein weiterer Aspekt vorliegender Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt, welches einen Programmcode aufweist, der dazu ausgebildet ist, auf einem Computer die Durchführung des Verfahrens zu veranlassen.
Ein Computerprogrammprodukt, wie z.B. ein Computerprogramm-Mittel, kann beispielsweise als Speichermedium, wie z. B. Speicherkarte, USB-Stick, CD-ROM, DVD, oder auch in Form einer herunterladbaren Datei von einem Server in einem Netzwerk bereitgestellt oder geliefert werden. Dies kann zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk durch die Übertragung einer entsprechenden Datei mit dem Computerprogrammprodukt oder dem Computerprogramm-Mittel erfolgen.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebener Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Es zeigen:

1: Eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Antriebsstrang gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2: Eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Antriebsstrang gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
3 - 6: Schematische idealisierte Drehmoment-Zeitverläufe in einem erfindungsgemäßen Antriebsstrang.

Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleich wirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 1 mit einem ersten Teilantriebsstrang 2-1 und einen zweiten Teilantriebsstrang 2-2, über die eine Antriebseinheit 4 und jeweils eine erste und eine zweite Abtriebseinheit 6, 8 miteinander verbunden sind. In dem dargestellten Beispiel ist die erste bzw. zweite Abtriebseinheit 6,8 jeweils eine Fahrzeugachse, die von der Antriebseinheit 4 angetrieben wird, um ein Drehmoment auf die jeweilige zugeordneten Räder 10, 11, 12, 13 aufzubringen. Die Antriebseinheit 4 kann ein Elektromotor sein, es ist jedoch auch möglich, dass die Antriebseinheit 4 als eine Hybridantriebseinheit ausgebildet ist, bei der ein Verbrennungsmotor und ein Elektromotor zusammenwirken, um entweder einen rein elektrischen oder einen kombinierten Antrieb bereitzustellen. Ebenfalls ist möglich, dass die Antriebseinheit 4 ein konventioneller Verbrennungsmotor ist. Bei modernen Fahrzeugen ist dem Verbrennungsmotor üblicherweise eine elektrische Maschine zugeordnet, die für die Bestromung verschiedener Verbraucher im Fahrzeug zuständig ist und die im Schubbetrieb vom Verbrennungsmotor geschleppt wird, um Strom zu erzeugen, der dann in einer Batterie gespeichert wird (Rekuperationsmodus).
Nicht dargestellt sind weitere Elemente des Antriebsstrangs 2, wie beispielsweise ein Getriebe oder ein Differenzial, über die das Drehmoment in dem Antriebsstrang 2 übertragen wird. Neben den dargestellten Elementen sorgen auch diese nicht dargestellten Elemente für ein bestimmtes Verdrehspiel im Antriebsstrang, so dass bei einer Lastbeaufschlagung erst dieses Verdrehspiel durchfahren werden muss, bevor tatsächlich ein Drehmoment zwischen der Antriebseinheit 4 und den Abtriebseinheiten 6, 8 bzw. den zugehörigen Räder 10 bis 13 übertragen werden kann.
Bei einem Beschleunigen des Fahrzeugs wird dabei festgelegt, dass ein positives Drehmoment übertragen wird, also ein Drehmomentverlauf in einer ersten Richtung erfolgt. Wird das Fahrzeug abgebremst bzw. nicht weiter beschleunigt, so dreht sich der Momentenverlauf in dem Antriebsstrang 2 um, so dass ein Moment von den Abtriebseinheiten 6, 8 auf die Antriebseinheit 4 zurückübertragen wird. Dieser umgedreht Drehmomentverlauf wird üblicherweise dazu verwendet, die der Antriebseinheit zugeordnete elektrische Maschine bzw. die Antriebseinheit selbst in einem Rekuperationsmodus zu betreiben, sodass Energie gespart werden kann. Allerdings muss für diese Fahrweise ebenfalls erst wieder das Verdrehspiel durchfahren werden, um eine Last in anderer Richtung an dem Antriebsstrang anzulegen.
Um das Verdrehspiel möglichst schnell und ohne Lastschlag zu durchfahren, ist weiterhin eine Vorspanneinrichtung, in dem dargestellten Fall eine erste und eine zweite Vorspanneinrichtung 14, 16 angeordnet, die bei Erreichen eines bestimmten positiven oder negativen Drehmomentgrenzwerts den ersten Teilantriebsstrang 2-1 in eine positive Richtung und den zweiten Teilantriebsstrang 2-2 in eine negative Richtung vorspannen. Das heißt beispielsweise, dass bei Erreichen eines bestimmten Drehmomentgrenzwerts der erste Teilantriebsstrang 2-1 und damit die erste Abtriebseinrichtung 6 in Richtung eines Beschleunigens (positiven Drehmoments) vorgespannt ist, während der zweite Teilantriebsstrang 2-2 und damit die zweite Abtriebseinrichtung 8 in Richtung eines negativen Drehmoments (Rekuperationsmodus) vorgespannt ist. Durch diese Vorspannung kann sichergestellt werden, dass egal in welche Richtung das Drehmoment nach Erreichen des Grenzwerts tatsächlich verläuft (also ob wirklich ein Lastwechsel stattfindet), die erste bzw. zweite Abtriebseinheit ohne Verdrehspiel das entsprechende Drehmoment direkt übertragen kann. Dadurch wird zum einen das Ansprechverhalten des Fahrzeugs verbessert, da nicht erst ein Verdrehspiel durchfahren werden muss, und zum anderen wird ein Lastschlag verhindert, da der Antriebsstrang bereits in der richtigen Richtung in Anschlag ist.
Wie in 2 dargestellt, so ist weiterhin möglich, dass in dem Fahrzeug 1 zwei Antriebseinheiten 4-1, 4-2 vorgesehen sind, die jeweils unabhängig voneinander die Abtriebseinheiten 6, 8 antreiben, wobei die Antriebseinheiten 4-1, 4-2 und die Vorspanneinrichtungen 14, 16 in diesem Fall auch als integrale Elemente ausgestaltet sein können.
Die von der Vorspanneinrichtung 14; 16 bzw. wenn sie integriert ausgebildet sind gleichzeitig von der Antriebseinheit bereitgestellte Vorspannung der Teilantriebsstränge 2-1, 2-2 ist schematisch als Drehmoment-Zeit-Diagramm in den 3 bis 6 dargestellt. Dabei ist der Verlauf idealisiert dargestellt und erhebt keinen Anspruch darauf, einen realen Momentenverlauf darzustellen. Die Figuren dienen lediglich der Illustration des Prinzips der Erfindung.
In den 3 bis 6 zeigt die Teilfigur a jeweils den Momentenverlauf im ersten Teilantriebsstrang 2-1, und Teilfigur b den Momentenverlauf im zweiten Teilantriebsstrang 2-2. Die 3 und 4 zeigen dabei jeweils einen Momentenverlauf bei einem tatsächlichen Lastwechsel, während die 5 und 6 Situationen darstellen, bei denen kein Lastwechsel stattfindet, aber das Ansprechverhalten des Fahrzeugs optimiert ist.
3 zeigt einen Verlauf des Drehmoments, bei dem ein Fahrer von einem Schubbetrieb in einen Zugbetrieb übergeht. 4 zeigt dagegen die entgegengesetzte Situation, bei der ein Fahrzeug aus einem Rekuperationsmodus heraus beschleunigt werden soll.
Bei dem Übergang von Schub- auf Zugbetrieb reduziert sich das Drehmoment, wie in dem Abschnitt bis t₁ gezeigt, bis es einen positiven Drehmomentgrenzwert M₁ erreicht. Gleichermaßen reduziert sich das Drehmoment der zweiten Abtriebseinheit ebenfalls bis der erste Drehmomentgrenzwert M₁ erreicht ist. Bei Erreichen dieses Drehmomentgrenzwerts zum Zeitpunkt t₁ wird dann der erste Teilantriebsstrang 2-1 mittels der Vorspanneinrichtung 14 derart angesteuert, dass er in Richtung des positiven Momentenverlaufs vorgespannt ist. Dies kann beispielsweise, wie schematisch in der 3a dargestellt, dadurch erreicht werden, dass die erste Antriebseinheit auf dem Drehmomentwert M₁ gehalten wird.
Der zweite Teilantriebsstrang 2-2 wird dagegen in Richtung des negativen Momentverlaufs vorgespannt, beispielsweise indem, wie dargestellt, der zweite Teilantriebsstrang 2-2 mit einem negativen Drehmomentgrenzwert M₂ beaufschlagt und auf diesem gehalten wird. Ist dann zu einem Zeitpunkt t₂ klar, dass tatsächlich ein Lastwechsel erfolgt, ist der zweite Teilantriebsstrang 2-2 bereits in diese Richtung vorgespannt und kann direkt ein Drehmoment übertragen. Der erste Teilantriebsstrang 2-1 wird dann ebenfalls auf den negativen Drehmomentverlauf gebracht. Da der zweite Teilantriebsstrang 2-2 bereits das Drehmoment in die richtige Richtung überträgt, kann der Übergang im ersten Teilantriebsstrang 2-1, das heißt das Durchfahren des Verdrehspiels langsamer erfolgen, sodass kein Lastschlag entsteht.
Dieses ist insbesondere im umgekehrten Fall, also bei einer Beschleunigung aus einem Rekuperationsmodus heraus vorteilhaft, da, wie in 4 dargestellt, zum Zeitpunkt t₂ die erste Antriebseinheit über den vorgespannten ersten Teilantriebsstrang 2-1 bereits ein positives Drehmoment direkt übertragen kann und das Fahrzeug beschleunigt. Der zweite Teilantriebsstrang 2-2 wird dagegen langsamer auf den entsprechenden Drehmomentwert gebracht und kann dann, ebenfalls ohne einen Lastschlag zu verursachen, ein Drehmoment in positive Richtung übertragen.
Auch wenn in den Figuren der positive und der negative Drehmomentgrenzwert M₁ , M₂ als gleich beabstandet von dem Nullwert dargestellt sind, so kann es auch möglich sein, dass sie unterschiedliche Werte aufweisen. Weiterhin kann auch die Vorspannkraft, die in den dargestellten Fällen dem Drehmomentgrenzwert M₁ , M₂ entspricht, höher oder niedriger sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Vorspannkraft in positiver Richtung höher liegt als die Vorspannkraft in negativer Richtung, da der Antrieb bzw. die Beschleunigung des Fahrzeugs aufgrund von Trägheit und Reibung ein größeres Moment erfordert, als das Schleppen der Antriebseinheit. So kann beispielsweise die Vorspannung derart gewählt sein, dass der Antriebsstrang in die positive bzw. negative Richtung zwar maximal vorgespannt ist, aber eben gerade noch kein das Fahrzeug bzw. die Antriebseinheit bewegendes Drehmoment anliegt.
Neben der Vermeidung eines Lastschlags kann durch die gegenläufige Vorspannung des Teilantriebsstrangs 2-1, 2-2 auch das Ansprechverhalten des Fahrzeugs verbessert werden. Bei Fahrsituationen, bei denen nicht immer klar ist, ob ein Lastwechsel tatsächlich stattfindet oder ob der Fahrer weiter beschleunigt oder abbremst, kann es dazu kommen, dass eventuell der Antriebsstrang in die „falsche Richtung“ verdreht ist, um einen Lastwechsel bzw. einen Verdrehspiel bedingten Lastschlag vorwegzunehmen. Vollendet der Fahrer diesen Lastwechsel nicht, indem er beispielsweise wieder beschleunigt, kann es vorkommen, dass das Fahrzeug verzögert auf den entsprechenden Fahrerwunsch reagiert und/oder eventuell sogar ein Lastschlag initiiert wird, obwohl kein Lastwechsel stattgefunden hat. Derartige Fahrsituationen sind in den 5 und 6 dargestellt, wobei in 5 ein Lastwechsel in den Rekuperationsmodus unterbrochen wird, während in 6 dargestellt ist, dass auch ein Reduzieren des Rekuperationsmodus nicht zwangsläufig zu einem Beschleunigen führen muss. Auch in diesen Fällen kann mithilfe des beschriebenen Antriebsstrangs bzw. Ansteuerverfahrens erreicht werden, dass das Ansprechverhalten des Fahrzeugs weiterhin verbessert ist.
So verbleibt in dem in 5 dargestellten Fall der erste Teilantriebsstrang 2-1 in Richtung des positiven Drehmoments vorgespannt, so dass bei Zeitpunkt t₂ direkt eine Beschleunigung stattfinden kann, ohne dass der Antriebsstrang erst das Verdrehspiel durchfahren muss. Dennoch geht der zweite Teilantriebsstrang 2-2 in den in negativer Richtung vorgespannten Zustand über und wird dann erst bei Erreichen des Zeitpunkts t₂ wieder in den positiven Drehmomentbereich gebracht.
Analoges gilt für den in 6 dargestellten Fall, bei dem der zweite Teilantriebsstrang 2-2 in negativer Richtung vorgespannt bleibt, um dann direkt weiter in negativer Richtung Drehmoment zu übertragen, während der erste Teilantriebsstrang 2-1 für den Zeitraum zwischen t₁ und t₂ in den positiven vorgespannten Drehmomentzustand übergeht.
Ob und in welche Richtung und mit welcher Vorspannkraft die jeweilige Vorspannung erfolgt, kann beispielsweise mittels einer Steuereinheit 18 (siehe 1 und 2) gesteuert werden, die sowohl die Vorspannvorrichtung 14 als auch die Vorspannvorrichtung 16 ansteuert. Selbstverständlich ist auch möglich, für jede Vorspannvorrichtung eine eigene Steuereinheit vorzusehen. Die Steuereinheit 18 kann weiterhin Parameter erfassen, wie beispielsweise eine Fahrpedalbetätigung/-stellung, um festzustellen, ob ein Lastwechsel ansteht. Zusätzlich oder alternativ kann ein derartiger Lastwechsel auch über eine Beobachtung des an der Antriebseinheit angeforderten Drehmoments abgeleitet werden.
Durch die erfindungsgemäße Vorspannung der Abtriebseinheiten kann in einem sinnvollen Lastbereich um den Nullpunkt herum nicht nur ein Lastschlag verhindert werden, sondern auch das Ansprechverhalten bei Lastzugabe (Beschleunigung) oder Lastwegnahme (Verzögerung oder Rekuperation) verbessert werden. Weiterhin können die Drehmomentgrenzwerte und/oder die Vorspannkräfte der Vorspannung an verschiedene Fahrmodi angepasst werden. So ist beispielsweise möglich bei einem sportlichen Fahrmodus eine größere Vorspannung in Beschleunigungsrichtung zu wählen, sodass das Fahrzeug schneller und direkter beschleunigt. Alternativ ist auch möglich, die Vorspannung ganz abzuschalten, um einen besonders verbrauchsoptimierten Modus bereitzustellen.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Antriebsstrang
2-1: erster Teilantriebsstrang
2-2: zweiter Teilantriebsstrang
4: Antriebseinheit
6: erste Abtriebseinheit
8: zweite Abtriebseinheit
10-13: Räder
14: erste Vorspannungseinrichtung
16: zweite Vorspannungseinrichtung
18: Steuereinheit
M₁: positiver Drehmomentgrenzwert
M₂: negativer Drehmomentgrenzwert

Claims

Antriebsstrang (2) eines Fahrzeugs (1) mit mindestens einer Antriebseinheit (4), insbesondere einem Elektromotor, wobei der Antriebsstrang (2) zumindest einen ersten Teilantriebsstrang (2-1) aufweist, der einer ersten Abtriebseinheit (6; 10; 11), insbesondere einem ersten Rad (10; 11) und/oder einer ersten angetriebene Fahrzeugachse (6), zugeordnet ist und der ein Drehmoment (M) zwischen der Antriebseinheit (4) und der ersten Abtriebseinheit (6; 10; 11) überträgt, und zumindest einen zweiten Teilantriebsstrang (2-2) aufweist, der einer zweiten Abtriebseinheit (8; 12; 13), insbesondere einem zweiten Rad (12; 13) und/oder einer zweiten angetriebene Fahrzeugachse (8), zugeordnet ist und der ein Drehmoment (M) zwischen der Antriebseinheit (4) und der zweiten Abtriebseinheit (8; 12; 13) überträgt, und wobei bei Übertragung eines positiven Drehmoments (+M) der Antriebsstrang (2) in eine erste Richtung mit Last beaufschlagt wird und bei Übertragung eines negativen Drehmoments (-M) der Antriebsstrang (2) in eine zweite, der ersten Richtung entgegengesetzte Richtung mit Last beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin mindestens eine Vorspannvorrichtung (14; 16) vorgesehen ist, die bei Erreichen eines vorbestimmten positiven Drehmomentgrenzwerts (M₁) oder bei Erreichen eines vorbestimmten negativen Drehmomentgrenzwerts (M₂) den ersten Teilantriebsstrang (2-1) in die erste Richtung des positive Drehmoments (+M) und den zweiten Teilantriebsstrang (2-2) in die zweite Richtung des negativen Drehmoments (-M) vorspannt.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei die Vorspannvorrichtung (14; 16) den ersten Teilantriebsstrang (2-1) mit einer ersten Vorspannkraft vorspannt und den zweiten Teilantriebsstrang (2-2) mit einer zweiten Vorspannkraft vorspannt.
Antriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2, wobei weiterhin eine Steuereinheit (18) vorgesehen ist, die die mindestens eine Vorspannvorrichtung (14; 16) ansteuert und die eine Erfassungseinheit aufweist, die einen Fahrmodus erfasst, wobei die Steuereinheit, den positiven und/oder den negativen Drehmomentgrenzwert (M₁; M₂) und/oder die erste und/oder zweite Vorspannkraft der Vorspanneinrichtung (14; 16) in Abhängigkeit des erfassten Fahrmodus festlegt.
Antriebsstrang nach Anspruch 3, wobei die Erfassungseinrichtung weiterhin einen Drehmomentwert erfasst, und die Steuereinheit weiterhin eine Abschätzeinheit aufweist, die basierend auf dem erfassten Drehmomentwert abschätzt, ob eine Drehmomentumkehr stattfindet.
Antriebsstrang nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Steuereinrichtung (18) weiterhin dazu ausgelegt ist, eine Fahrzeugpedalstellung und/oder einer Fahrzeugpedalbetätigung zu überwachen, und/oder eine Drehmomentumkehr aus einer bestimmten Fahrzeugpedalstellung und/oder einer bestimmten Fahrzeugpedalbetätigung abzuschätzen, und/oder ein über den ersten und/oder zweiten Teilantriebsstrang übertragenes Drehmoment zu überwachen.
Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an dem ersten Teilantriebsstrang (2-1) eine erste Vorspannvorrichtung (14) und an dem zweiten Teilantriebsstrang (2-2) eine zweite Vorspannvorrichtung (16) vorgesehen sind.
Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorspannvorrichtung ein Elektromotor ist, der dazu ausgelegt ist, ein Verdrehspiel im Teilantriebsstrang zu durchfahren.
Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei Antriebseinheiten (4-1; 4-2) vorgesehen sind, wobei die erste Antriebseinheit (4-1) über den ersten Teilantriebsstrang (2-1) die erste Antriebseinheit (4-1) mit der ersten Abtriebseinheit (6; 10; 11) für eine Übertragung eines Drehmoments verbindet, und wobei die zweite Antriebseinheit (4-2) über den zweiten Teilantriebsstrang (2-2) die zweite Antriebseinheit (4-2) mit der zweiten Abtriebseinheit (8; 12; 13) zur Übertragung eines Drehmoments verbindet.
Antriebsstrang nach Anspruch 8, wobei die erste Antriebseinheit (4-1) und die erste Vorspannvorrichtung (14) und/oder die zweite Antriebseinheit (4-2) und die zweite Vorspannvorrichtung (16) integral ausgebildet sind.
Verfahren zum Vermeiden eines Lastwechselschlags bei einem Übergang von einem Schubbetrieb zu einem Zugbetrieb in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend die folgenden Schritte: - Bestimmen eines Erreichen eines positiven und/oder negative Drehmomentgrenzwerts und/oder einer Drehmomentumkehr; und - Ansteuern der mindestens einen Vorspannvorrichtung derart, dass sie bei Erreichen des positiven und/oder negative Drehmomentgrenzwerts und/oder einer Drehmomentumkehr den ersten Teilantriebsstrang in die erste Richtung eines positive Drehmoments und den zweiten Teilantriebsstrang in die zweite Richtung eines negativen Drehmoments vorspannt.