DE102017220702A1

DE102017220702A1 - System und Verfahren zur radindividuellen Drehmomentverteilung

Info

Publication number: DE102017220702A1
Application number: DE102017220702.7A
Authority: DE
Inventors: Johannes Brunner; Markus Störmer; Martin Bauer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2017-11-20
Filing date: 2017-11-20
Publication date: 2019-05-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur radindividuellen Drehmomentverteilung in einem durch elektrische Maschinen angetriebenen Fahrzeug auf Anforderung, beispielsweise durch einen Fahrzeugnutzer („Torque Vectoring on demand“).

Description

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur radindividuellen Drehmomentverteilung in einem durch elektrische Maschinen angetriebenen Fahrzeug auf Anforderung, beispielsweise durch einen Fahrzeugnutzer („Torque Vectoring on demand“).
Gewöhnliche Achsdifferentiale im Kraftfahrzeug haben die Hauptaufgabe, Antriebsmomente in allen Fahrsituationen genau gleich auf die angetriebenen Räder zu verteilen und gegebenenfalls Drehzahlunterschiede auszugleichen. Seit einigen Jahren sind Systeme zur radindividuellen Drehmomentverteilung („Torque Vectoring“) in Kraftfahrzeugen bekannt und auch bereits in manchen Serienfahrzeugen implementiert. Grundsätzlich bezwecken diese Systeme eine gewollte und kontrollierte Änderung des Fahrzeug-Gierwinkels während des Fahrbetriebes. Dies kann ein hochdynamisches und agiles Fahrzeugverhalten bewirken, was sich vom Fahrzeugnutzer als Eigenschaftsvorteil erleben lässt.
Klassische Torque-Vectoring-Systeme sind elektronisch angesteuert und haben ein elektro-mechanisches oder elektro-hydraulisches Wirkprinzip. Sie erfordern in der Regel zusätzliche Hardware, wie Hydrauliksysteme, Aktuatoren, mechanische Überlagerungsgetriebe, Kupplungen, Freiläufe etc. Die zusätzliche Hardware beansprucht Bauraum und erhöht das Gewicht des Fahrzeugs. Zudem erfordert die Ansteuerung der Aktuatoren im Fahrbetrieb zusätzlichen Energieaufwand.
Die Entwicklung der erforderlichen Hardware verursacht zusätzlichen Aufwand und damit erhöhte Entwicklungskosten und erhöhte Einzelkosten für das Fahrzeug. Das Torque-Vectoring-System ist eine Zusatzausstattung, die bei Fahrzeugneukauf ausgewählt werden muss. Fahrzeuge mit dieser Zusatzausstattung stellen eine eigene Fertigungsvariante dar und erhöhen so die Komplexität im gesamten Produktentstehungsprozess. Für den Fahrzeugkäufer bietet die Anschaffung der Zusatzausrüstung zum Zeitpunkt der Bestellung des Fahrzeugs wenig Flexibilität und verursacht Mehrkosten.
Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein System und ein Verfahren zur radindividuellen Drehmomentverteilung zur Verfügung zu stellen, das die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
Aus der DE 10 2013 021816 A1 sind ein Verfahren und ein System zum Bereitstellen einer Funktion für ein Kraftfahrzeug bekannt, die auf mindestens einem Kontrollmodul des Kraftfahrzeugs installiert und freigeschaltet wird, so dass die Funktion in einen Betrieb des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit einer aktuellen Situation automatisch und selbsttätig eingreifen kann. Als Beispiele der Funktion sind eine aktive Gefahrenbremse, ein Spurhalteassistent und ein Parkassistent genannt.
Die DE 10 2013 202716 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Freischalten mindestens einer Software-basierten Funktion in mindestens einer elektronischen Steuereinheit eines Kraftfahrzeugs. Daten zur Aktivierung der Software-basierten Funktion werden über eine Online-Verbindung seitens eines anbieterseitigen Servers auf die Steuereinheit übertragen.
Aus der DE 10 2015 010203 A1 ist ein Verfahren zur Aktivierung einer softwareseitigen Funktion des Kraftfahrzeugs durch ein Rechnerprogramm bekannt. Auf einer fahrzeugexternen Servereinrichtung wird eine Fahrzeugfunktionsliste erzeugt, in welcher festlegt wird, welche fahrzeuginternen Funktionen des Kraftfahrzeugs eine Nutzungsberechtigung aufweisen und welche nicht. Die Fahrzeugfunktionsliste wird drahtlos an eine Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs übertragen, welche diejenigen fahrzeuginternen Funktionen des Kraftfahrzeugs aktiviert, welche eine Funktionsberechtigung aufweisen und noch deaktiviert sind, und diejenigen fahrzeuginternen Funktionen des Kraftfahrzeugs deaktiviert, welche keine Funktionsberechtigung aufweisen und noch aktiviert sind.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Ausgestaltungen des Systems und des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gegenstand der Erfindung ist ein System zur radindividuellen Drehmomentverteilung in einem durch elektrische Maschinen angetriebenen Fahrzeug. Das erfindungsgemäße System umfasst mindestens zwei elektrische Maschinen, die jeweils auf ein Rad des Fahrzeugs einwirken, und eine Steuereinheit, die dafür eingerichtet ist, auf Anforderung die Drehmomenterzeugung der mindestens zwei elektrischen Maschinen so zu regeln, dass auf jedes angetriebene Rad ein individuelles Drehmoment aufgebracht wird.
Das erfindungsgemäße System umfasst mindestens zwei elektrische Maschinen, die jeweils auf ein Rad des Fahrzeugs einwirken. In einer Ausführungsform wirken zwei elektrische Maschinen auf die beiden Räder einer Achse des Fahrzeugs ein, um sie anzutreiben. In einer weiteren Ausführungsform wirkt auf jedes Rad des Fahrzeugs jeweils eine elektrische Maschine ein, um es anzutreiben. In einer Ausführungsform handelt es sich bei den elektrischen Maschinen um Radnabenantriebe.
Gerade rein elektrisch angetriebene Batteriefahrzeuge (BEV) bieten hervorragende Grundvoraussetzungen für ein Torque Vectoring, da die Ansteuerung von elektrischen Maschinen und damit die direkte Regelung des abgegebenen Drehmomentes extrem schnell und präzise erfolgen kann, insbesondere dann, wenn radnahe Antriebe oder Radenabenantriebe verwendet werden. Bei Achsantrieben mit zwei Elektromotoren wird zudem jedes Rad von einem einzelnen Elektromotor angetrieben.
Das erfindungsgemäße System umfasst eine Steuereinheit, die dafür eingerichtet ist, auf Anforderung die Drehmomenterzeugung der mindestens zwei elektrischen Maschinen so zu regeln, dass auf jedes angetriebene Rad ein individuelles Drehmoment aufgebracht wird. In einer Ausführungsform ist die Steuereinheit ein Steuergerät, z.B. ein Motorsteuergerät oder ein Antriebssteuergerät. Die Regelung der Drehmomenterzeugung ist eingebettet in die Steuerungseinheit, welche die Antriebsaggregate des Fahrzeugs ansteuert. Ebenso ist eine Ansteuerung weiterer Systeme des Fahrzeugs wie eines elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) bzw. einer Fahrdynamikregelung (Electronic Stability Control, ESC) möglich. In einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dafür eingerichtet, mit einem Modul zur Fahrdynamikregelung (ESC) wechselzuwirken. Dadurch wird z.B. eine automatische Aktivierung des Torque Vectoring durch das ESC ermöglicht. Ebenso kann die Steuereinheit Informationen an das ESC übermitteln, die einen Eingriff des ESC unterdrücken, wenn das Torque Vectoring aktiv ist.
Erfindungsgemäß wird eine radindividuelle Drehmomentverteilung durch entsprechende Software realisiert, welche die elektrischen Maschinen des Systems steuert. Zu den Vorteilen des erfindungsgemäßen Systems gehört, dass für das Torque Vectoring keine zusätzliche Hardware benötigt wird; die individuelle Drehmomentverteilung an die Räder wird völlig ohne zusätzlichen Hardwareaufwand umgesetzt. Daher muss die Funktion „Torque Vectoring “ nicht schon bei der Fahrzeugbestellung ausgewählt und bezahlt werden. Die Funktion kann softwareseitig in jedem Fahrzeug vorgehalten und auch nachträglich aktiviert werden. Diese Aktivierung kann auf Dauer oder nur für einen begrenzten Zeitraum erfolgen.
Der einzige Mehraufwand in der Entwicklung ist die Funktionsentwicklung und deren Absicherung. Das System kann sowohl an der Vorderachse als auch an der Hinterachse zur Verwendung kommen. Prinzipiell ist die Verteilung der Drehmomente an die Räder und damit auch die Leistungsverteilung an die Räder völlig flexibel und nur durch die maximal verfügbaren Drehmomente und Leistungen der elektrischen Maschinen, der Leistungselektronik und der HV-Batterie des Fahrzeugs limitiert.
Die Aktivierung der Funktion „Torque Vectoring“ kann auf Anforderung eines Fahrzeugnutzers erfolgen oder auch automatisch durchgeführt werden, wenn eine Fahrsituation dies aus Sicherheitsgründen erfordert. Der Fahrer muss hier nicht aktiv handeln. Die automatische Aktivierung kann als zubuchbarer Premium-Service des Herstellers ausgestaltet sein.
In einer Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße System eine Schnittstelle, die dafür eingerichtet ist, eine Anforderung einer radindividuellen Drehmomentverteilung durch einen Fahrzeugnutzer zu erfassen und an die Steuereinheit zu übermitteln. In einer Ausführungsform umfasst die Schnittstelle das Multimedia-Interface (MMI) des Fahrzeugs. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Schnittstelle ein mobiles Endgerät, beispielsweise ein Smartphone. Der Nutzer handelt aktiv und schaltet die Funktion Torque Vectoring dauerhaft oder temporär frei.
In einer Ausführungsform ist die Schnittstelle dafür eingerichtet, Daten über die Verwendungshistorie der radindividuellen Drehmomentverteilung von der Steuereinheit zu empfangen und gegebenenfalls zu speichern. Dadurch lässt sich nachverfolgen, in welchem Umfang das Torque Vectoring genutzt wird. In einer Ausführungsform wird jeder Einsatz der Funktion dokumentiert und kann inclusive der Zustandsdaten zum Einsatzzeitpunkt über die Schnittstelle abgerufen und/oder eingesehen werden, z.B. über eine App auf einem Smartphone.
Das Torque Vectoring kann auch automatisch ausgelöst werden, z.B. um die Sicherheit und/oder den Komfort des Fahrzeugnutzers im Fahrbetrieb zu erhöhen. Beispielhaft können hierzu Schwarmdaten und Umgebungsdaten aus diversen Steuergeräten des Fahrzeuges, oder aus einem externen Backend verwendet werden. Diese Informationen (z.B. „in der nächsten Kurve ist die Straße glatt“) fließen in die Funktion „Torque Vectoring on demand“ ein und verursachen eine automatische Freischaltung der Funktion.
Eine weitere mögliche Eingangsgröße sind Daten aus der Prädiktion. Diese kann z.B. sensorbasiert (Radarsensoren, ACC, Kamerasysteme) oder streckenbasiert (Streckendaten der Navigation) sein. Sinnvoll ist auch eine Verknüpfung mit Umgebungsdaten. Aktuelle Fahrdaten können zudem verrechnet und dadurch kommende Fahrzustände vorhergesehen werden (Beispiel: Die aktuelle Fahrgeschwindigkeit kombiniert mit Streckendaten lässt mit einer hohen Wahrscheinlichkeit vermuten, dass in der nächsten Kurve ein Torque Vectoring nötig ist, um einen ESP-Regeleingriff zu vermeiden).
In einer Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße System ein Modul, das dafür eingerichtet ist, aktuelle Fahrdaten und Umgebungsdaten aus Steuergeräten und/oder Sensoren des Fahrzeuges zu erfassen und auszuwerten und bei Vorliegen eines Bedarfs für eine radindividuelle Drehmomentverteilung eine Anforderung einer radindividuellen Drehmomentverteilung an die Steuereinheit zu übermitteln und dadurch das Torque Vectoring automatisch zu aktivieren.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße System ein Modul, das dafür eingerichtet ist, einen Bedarf für eine radindividuelle Drehmomentverteilung vorherzusagen und bei Vorliegen eines Bedarfs für eine radindividuelle Drehmomentverteilung eine Anforderung einer radindividuellen Drehmomentverteilung an die Steuereinheit zu übermitteln und dadurch das Torque Vectoring automatisch zu aktivieren.
In einer Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße System eine optische und/oder akustische Anzeige, die dafür eingerichtet ist, den Fahrzeugnutzer darüber zu informieren, dass die radindividuelle Drehmomentverteilung aktiv ist.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur radindividuellen Drehmomentverteilung in einem durch elektrische Maschinen angetriebenen Fahrzeug, welches die Aktivierung einer radindividuellen Drehmomentverteilung auf manuelle Anforderung durch einen Fahrzeugnutzer oder auf automatische Anforderung durch ein Systemmodul umfasst („Torque Vectoring on demand“).
In einer Ausführungsform ist die Aktivierung der radindividuellen Drehmomentverteilung nur für einen begrenzten Zeitraum wirksam. In einer anderen Ausführungsform ist die Aktivierung der radindividuellen Drehmomentverteilung dauerhaft wirksam.
Die Aktivierung einer radindividuellen Drehmomentverteilung erfolgt auf manuelle Anforderung durch einen Fahrzeugnutzer oder auf automatische Anforderung durch ein Systemmodul. In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Aktivierung durch ein Systemmodul automatisch, wenn ein Bedarf für eine radindividuelle Drehmomentverteilung vorliegt oder vorhergesagt wird. In einer Ausführungsform erfolgt eine automatische Aktivierung durch die Fahrdynamikregelung (ESC).
In einer Ausführungsform wird die Funktion automatisch aktiviert, um die Sicherheit im Fahrbetrieb zu erhöhen. Wird ein Bedarf für ein Torque Vectoring erkannt oder vorhergesagt, beispielsweise mangelnde Bodenhaftung oder Traktion, so führt dies zu einer automatischen temporären Freischaltung der Funktion.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Figuren illustriert und wird unter Bezugnahme auf die Figuren weiter beschrieben. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur radindividuellen Drehmomentverteilung.

1 zeigt schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 10 zur radindividuellen Drehmomentverteilung (Torque Vectoring). Eine Steuereinheit 11 steht in Wechselwirkung mit einer Leistungselektronik 12, die zwei auf eine Antriebsache wirkende elektrische Maschinen 13 ansteuert. Die Steuereinheit steht ebenfalls in Wechselwirkung mit einer Fahrdynamikregelung 14 (Electronic Stability Control, ESC). Die Steuereinheit 11 ist mit einer Anzeige 15 im Fahrzeug verbunden.
Die Steuereinheit 11 ist dafür eingerichtet, auf Anforderung eine radindividuelle Verteilung des von den elektrischen Maschinen 13 erzeugten Drehmoments zu aktivieren, d.h. die Leistungselektronik 12 so zu steuern, dass die elektrischen Maschinen 13 unterschiedlich große Drehmomente erzeugen.
Die Aktivierung der radindividuellen Drehmomentverteilung kann dauerhaft sein oder nur für einen begrenzten Zeitraum wirksam sein. Die Anforderung kann auf verschiedenen Wegen erfolgen. So kann der Fahrzeugnutzer über eine Schnittstelle 16, beispielsweise das MMI im Fahrzeug oder ein mobiles Endgerät, z.B. ein Smartphone mit einer entsprechenden Software-Applikation (App), aktiv eine temporäre oder permanente Freischaltung 21 der Funktion durchführen.
Es kann aber auch eine automatische Anforderung 22 erfolgen, um die Sicherheit und/oder den Komfort des Fahrzeugnutzers im Fahrbetrieb zu erhöhen. Die Anforderung erfolgt beispielsweise durch ein Modul 17, das sicherheitsrelevante aktuelle Fahrdaten und Umgebungsdaten aus diversen Steuergeräten und Sensoren des Fahrzeuges auswertet; oder durch ein Modul 18, das sicherheitsrelevante Daten prädiktiv auswertet. Die für die Prädiktion verwendeten Daten können sensorbasiert sein (z.B. Daten von Radarsensoren, Abstandsregeltempomat (ACC), Kamerasystemen) oder streckenbasiert (z.B. Streckendaten eines Navigationssystems). Sinnvoll ist auch eine Verknüpfung mit Umgebungsdaten oder Schwarmdaten aus einem externen Backend.
Wird ein Bedarf für eine radindividuelle Drehmomentverteilung ermittelt (z.B. „in der nächsten Kurve ist die Straße glatt“ oder „die aktuelle Fahrgeschwindigkeit kombiniert mit Streckendaten lässt mit einer hohen Wahrscheinlichkeit vermuten, dass in der nächsten Kurve ein Torque Vectoring nötig ist, um einen ESP-Regeleingriff zu vermeiden“), so wird automatisch die radindividuelle Drehmomentverteilung aktiviert. Eine automatische Anforderung kann aber auch durch die Fahrdynamikregelung 14 erfolgen.
Eine optische und/oder akustische Anzeige 15 im Fahrzeug informiert den Nutzer darüber, dass die radindividuelle Drehmomentverteilung aktiv ist. Das Steuergerät 11 übermittelt Daten 23 über die Verwendungshistorie der radindividuellen Drehmomentverteilung an die Schnittstelle 16. Die Daten können dort angezeigt und/oder gespeichert werden.
Bezugszeichenliste

10: System
11: Steuereinheit
12: Leistungselektronik
13: E-Maschine
14: Fahrdynamikregelung (ESC)
15: Anzeige
16: Schnittstelle
17: Modul zur Auswertung aktueller Fahrdaten und Umgebungsdaten
18: Modul zur Auswertung prädiktiver Daten
21: manuelle Freischaltung
22: automatische Freischaltung
23: Verwendungshistorie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013021816 A1 [0006]
DE 102013202716 A1 [0007]
DE 102015010203 A1 [0008]

Claims

System (10) zur radindividuellen Drehmomentverteilung in einem durch elektrische Maschinen (13) angetriebenen Fahrzeug, umfassend mindestens zwei elektrische Maschinen (13), die jeweils auf ein Rad des Fahrzeugs einwirken, und eine Steuereinheit (11), die dafür eingerichtet ist, auf Anforderung (21, 22) die Drehmomenterzeugung der mindestens zwei elektrischen Maschinen (13) so zu regeln, dass auf jedes angetriebene Rad ein individuelles Drehmoment aufgebracht wird.
System (10) nach Anspruch 1, umfassend eine Schnittstelle (16), die dafür eingerichtet ist, eine Anforderung (21) einer radindividuellen Drehmomentverteilung durch einen Fahrzeugnutzer zu erfassen und an die Steuereinheit (11) zu übermitteln.
System (10) nach Anspruch 2, worin die Schnittstelle (16) dafür eingerichtet ist, Daten (23) über die Verwendungshistorie der radindividuellen Drehmomentverteilung von der Steuereinheit (11) zu empfangen und gegebenenfalls zu speichern.
System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend ein Modul (17), das dafür eingerichtet ist, aktuelle Fahrdaten und Umgebungsdaten aus Steuergeräten und/oder Sensoren des Fahrzeuges zu erfassen und auszuwerten und bei Vorliegen eines Bedarfs für eine radindividuelle Drehmomentverteilung eine Anforderung (22) einer radindividuellen Drehmomentverteilung an die Steuereinheit (11) zu übermitteln.
System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend ein Modul (18), das dafür eingerichtet ist, einen Bedarf für eine radindividuelle Drehmomentverteilung vorherzusagen und bei Vorliegen eines Bedarfs für eine radindividuelle Drehmomentverteilung eine Anforderung (22) einer radindividuellen Drehmomentverteilung an die Steuereinheit (11) zu übermitteln.
System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend eine optische und/oder akustische Anzeige (15), die dafür eingerichtet ist, den Fahrzeugnutzer darüber zu informieren, dass die radindividuelle Drehmomentverteilung aktiv ist.
System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die Steuereinheit (11) dafür eingerichtet ist, mit einem Modul (14) zur Fahrdynamikregelung wechselzuwirken.
Verfahren zur radindividuellen Drehmomentverteilung in einem durch elektrische Maschinen (13) angetriebenen Fahrzeug, umfassend die Aktivierung einer radindividuellen Drehmomentverteilung auf manuelle Anforderung (21) durch einen Fahrzeugnutzer oder auf automatische Anforderung (22) durch ein Systemmodul (14, 17, 18).
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Aktivierung der radindividuellen Drehmomentverteilung nur für einen begrenzten Zeitraum wirksam ist.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Aktivierung durch ein Systemmodul (14, 17, 18) automatisch erfolgt, wenn ein Bedarf für eine radindividuelle Drehmomentverteilung vorliegt oder vorhergesagt wird.