DE102018007726A1

DE102018007726A1 - Verfahren zum Steuern bzw. Regeln der Fahrzeugantriebskraft, Computerprogrammprodukt und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018007726A1
Application number: DE102018007726.9A
Authority: DE
Inventors: Yasumasa Imamura; Yasushi Yagi; Akihiro Tatara; Tetsushi MARUTANI; Hideki Tani
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2018-10-01
Publication date: 2019-04-04
Anticipated expiration: 2038-10-02
Also published as: US10981572B2; DE102018007726B4; US20190100203A1; JP2019064415A; JP6504223B2

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln einer Antriebskraft eines Fahrzeugs umfasst Folgendes: Schätzen eines ersten maximalen Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten auf Grundlage einer Antriebssteifigkeit, die durch ein Mikroschlupfverhältnis und die Antriebskraft von Antriebsrädern definiert ist, in einem ersten Fahrzustand, in dem das Fahrzeug mit einer konstanten Beschleunigung geradeaus fährt, Schätzen eines zweiten maximalen Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten auf Grundlage einer Lenkreaktionskraft, die von einer elektrischen Servolenkvorrichtung erfasst wird, in einem zweiten Fahrzustand, der sich vom ersten Zustand unterscheidet und in dem das Fahrzeug gelenkt wird, Schätzen eines dritten maximalen Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten auf einen bestimmten Wert, in einem dritten Fahrzustand, der sich vom ersten und zweiten Zustand unterscheidet und bei dem eine Außenlufttemperatur über einer Bestimmungstemperatur liegt, und Steuern bzw. Regeln der Antriebskraft derart, dass sie innerhalb eines Reibungskreises liegt, der durch jeden der höchsten Reibungskoeffizienten und eine Bodenkontaktlast der Antriebsräder definiert ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln einer Antriebskraft eines Fahrzeugs unter Verwendung eines durch Schätzung erhaltenen maximalen Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten (µ) sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und ein die Steuerung bzw. Regelung umsetzendes Kraftfahrzeug.
HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
Es sind üblicherweise Allradfahrzeuge (4WD) bekannt, bei denen eine Antriebskraft von einem Motor auf Vorder- oder Hinterräder übertragen wird, die übertragene Antriebskraft über einen Antriebskraft-Verteilungsmechanismus (z. B. eine elektronisch gesteuerte bzw. geregelte Kupplung) teilweise auf die anderen Vorder- oder Hinterräder übertragen wird, und durch Steuern bzw. Regeln dieser Antriebskraftverteilung geeignetere Fahreigenschaften des Fahrzeugs sichergestellt sind.
Normalerweise wird bei einem Allradfahrzeug grundsätzlich eine Möglichkeit eines Durchdrehens von Hauptantriebsrädern unter Verwendung eines Reibungskreises ermittelt, der einer anhand von Versuchen oder empirisch erhaltenen Leistung der Hauptantriebsräder entspricht, und wenn die ermittelte Möglichkeit von dem Reibungskreis der Hauptantriebsräder abweicht, wird die Antriebskraft teilweise von den Hauptantriebsrädern auf zuschaltbare Antriebsräder verteilt. Infolgedessen wird ein durch den Schlupf der Hauptantriebsräder verursachter Antriebsverlust vermindert. Hierbei verschlechtert sich möglicherweise, wenn ein Zeitpunkt für die Antriebskraftverteilung auf die zuschaltbaren Antriebsräder frühzeitig gesetzt wird, unabhängig davon, ob die Hauptantriebsräder mehr Leistungsspielraum haben, die Kraftstoffersparnis unnötig aufgrund eines durch einen Schlupf der zuschaltbaren Antriebsräder verursachten Antriebsverlusts, eines mechanischen Verlusts eines Antriebssystems aufgrund der Antriebskraftverteilung auf die zuschaltbaren Antriebsräder usw. Durch Einstellen des Zeitpunkts der Antriebskraftverteilung für die zuschaltbaren Antriebsräder möglichst weit nach hinten insofern, dass die Leistung der Hauptantriebsräder ihre Grenze erreicht, kann deshalb eine erhebliche Verbesserung der Kraftstoffersparnis erwartet werden.
Da eine größte Reibungskraft, die dem Radius des Reibungskreises entspricht, proportional zu einem maximalen Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten (µ) ist, der einer größten Antriebskraft entspricht, ist eine Verbesserung der Genauigkeit bei der Berechnung des maximalen Straßenoberflächen-µ eine vordringliche Aufgabe zur Antriebskraftsteuerung bzw. - regelung des Fahrzeugs. Wenn beispielsweise eine Außenlufttemperatur hoch ist (z.B. 10°C oder darüber), kann angenommen werden, dass das Wetter sonnig ist und die Fahrbahnoberfläche trocken ist, und deshalb kann der maximale Straßenoberflächen-µ als hoch eingeschätzt werden. Des Weiteren offenbart die JP5179891B eine Vorrichtung zur Schätzung des Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten, die ein Lenkunterstützungs-Erfassungsmodul aufweist, das eine Lenkunterstützungskraft einer Servolenkvorrichtung erfasst, sowie ein Modul zur Erfassung des Maßes der Lenkbetätigung, das ein Maß der Lenkbetätigung eines Fahrzeugfahrers erfasst. Ein Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient wird auf Grundlage der Zeit ab der Erfassung des Maßes der Lenkbetätigung bis zum Übersteigen eines bestimmten Werts durch die Lenkunterstützungskraft geschätzt. Der maximale Straßenoberflächen-µ kann also über die Lenkunterstützungskraft, eine sogenannte Lenkreaktionskraft, geschätzt werden, wenn ein Lenkrad gesteuert bzw. geregelt wird.
Innerhalb eines Mikroschlupfbereichs wird derweil angenommen, dass ein Schlupfverhältnis und die Antriebskraft (Antriebsdrehmoment) in einer Beziehung einer linearen Funktion stehen, die durch den Ursprung verläuft, und deshalb kann auf Grundlage einer Beziehung zwischen dem Schlupfverhältnis und einem Ist-Drehmoment eines Motors, der eine Antriebsquelle ist, eine Antriebssteifigkeit erhalten werden. Der vorliegende Anmelder hat sich bereits intensiv mit der Antriebssteifigkeit beschäftigt und eine Technik zum Schätzen eines maximalen Straßenoberflächen-µ auf Grundlage dieser Antriebssteifigkeit vorgeschlagen ( JP2016-216934A ).
Bei Schätzung des maximalen Straßenoberflächen-µ unter Verwendung einer Außenlufttemperatur wird, obwohl eine einfache Gestaltung zur Steuerungs- bzw. Regelungsverarbeitung angewendet werden kann, ein Fahrzustand des Fahrzeugs überhaupt nicht berücksichtigt und es wird lediglich die Umgebungsbedingung, bei der es sich um die Außenlufttemperatur handelt, zum Schätzen des maximalen Straßenoberflächen-µ verwendet, und somit kann kein zuverlässiges Schätzergebnis erwartet werden. Des Weiteren kann mit der Vorrichtung der JP5179891B zur Schätzung des Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten der maximale Straßenoberflächen-µ, der in einem gewissem Maße genau ist, als erhalten gelten, da der maximale Straßenoberflächen-µ unter Berücksichtigung des Fahrzustands des Fahrzeugs geschätzt wird. Da der Fahrmodus des Fahrzeugs grob in einen geradlinigen Fahrmodus und einen Wendemodus unterteilt ist und Beschleunigung und Abbremsen in diesen Fahrmodi vorgenommen werden, kann nach dem Stand der Technik in der JP5179891B der maximale Straßenoberflächen-µ jedoch ausschließlich innerhalb eines bestimmten Betriebsbereichs geschätzt werden, in dem der Lenkvorgang erfolgt. Auch nach dem Stand der Technik in der JP2016-216934A kann der maximale Straßenoberflächen-µ lediglich innerhalb eines bestimmten Bereichs geschätzt werden, in dem eine Bodenkontaktlast W konstant ist.
Der Betriebsbereich, in dem der maximale Straßenoberflächen-µ geschätzt werden kann, ist also sowohl in der JP5179891B als auch der JP2016-216934A streng begrenzt, und es ist keine spezielle praktisch umsetzbare Technik zum Erweitern des Betriebsbereichs, in dem der genaue maximale Straßenoberflächen-µ schätzbar ist, vorgeschlagen worden. Deshalb muss, zwecks weiterer Verbesserung der Kraftstoffersparnis, eine Technik zum Erweitern des schätzbaren Bereichs des genauen maximalen Straßenoberflächen-µ eingeführt werden.
KURZDARSTELLUNG DER OFFENBARUNG
Zweck der vorliegenden Offenbarung ist die Erweiterung eines schätzbaren Bereichs eines genauen maximalen Straßenoberflächen-µ.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Besondere Ausführungsformen der Erfindung bilden den Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln einer Antriebskraft eines Fahrzeugs bereitgestellt, das Folgendes umfasst: Vornehmen einer ersten Schätzung, bei der ein erster maximaler Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient auf Grundlage einer Antriebssteifigkeit geschätzt wird, die durch ein Mikroschlupfverhältnis und die Antriebskraft von Antriebsrädern definiert ist, in einem ersten Fahrzustand, in dem das Fahrzeug mit einer konstanten Beschleunigung geradeaus fährt, Vornehmen einer zweiten Schätzung, bei der ein zweiter maximaler Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient auf Grundlage einer Lenkreaktionskraft geschätzt wird, die von einer elektrischen Servolenkvorrichtung erfasst wird, in einem zweiten Fahrzustand, der sich vom ersten Fahrzustand unterscheidet und in dem das Fahrzeug gelenkt wird, Vornehmen einer dritten Schätzung, bei der ein dritter maximaler Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient auf einen bestimmten Wert geschätzt wird, in einem dritten Fahrzustand, der sich vom ersten und zweiten Fahrzustand unterscheidet und bei dem eine Außenlufttemperatur über einer Bestimmungstemperatur liegt, und Vornehmen einer Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung, bei der die Antriebskraft der Antriebsräder so gesteuert bzw. geregelt wird, dass sie innerhalb eines Reibungskreises liegt, der durch jeden der maximalen Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten und eine Bodenkontaktlast der Antriebsräder definiert ist.
Gemäß diesem Verfahren wird, da bei der ersten Schätzung der erste maximale Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient (µ) auf Grundlage der Antriebssteifigkeit, die dem Schlupfverhältnis und der Antriebskraft entspricht, in dem ersten Fahrzustand geschätzt wird, in dem das Fahrzeug mit der konstanten Beschleunigung geradeaus fährt, der maximale Straßenoberflächen-µ über die Antriebssteifigkeit unabhängig von einer Fahrumgebung usw. innerhalb des Mikroschlupfbereichs bei Geradeausfahrt mit der konstanten Beschleunigung geschätzt, was häufig vorkommt.
Darüber hinaus wird im zweiten Fahrzustand, der sich von dem ersten Fahrzustand unterscheidet und in dem das Fahrzeug gelenkt wird, bei der zweiten Schätzung der zweite maximale Straßenoberflächen-µ auf Grundlage der Lenkreaktionskraft geschätzt, und in dem dritten Fahrzustand, der sich von dem ersten und zweiten Fahrzustand unterscheidet und bei dem die Außenlufttemperatur über der Bestimmungstemperatur liegt, wird bei der dritten Schätzung der dritte Straßenoberflächen-µ auf den bestimmten Wert geschätzt. Der maximale Straßenoberflächen-µ wird deshalb für jeden von dem zweiten und dritten Fahrzustand geschätzt. Zusätzlich wird der Zeitpunkt für die Antriebskraftverteilung für jeden von dem ersten bis dritten Fahrzustand optimiert, da die Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung vorgenommen wird, mit der die Antriebskraft unter Verwendung des geschätzten maximalen Straßenoberflächen-µ gesteuert bzw. geregelt wird, und es wird eine wesentliche Verbesserung der Kraftstoffersparnis erwartet.
Bei der Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung kann die Antriebskraft unter Verwendung einer der zuvor verwendeten maximalen Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten in einem vierten Fahrzustand gesteuert bzw. geregelt werden, der sich von dem ersten bis dritten Fahrzustand unterscheidet.
Gemäß dieser Gestaltung wird sogar in einem vierten Fahrzustand, der sich vom ersten bis dritten Fahrzustand unterscheidet, die Antriebskraft unter Verwendung des maximalen Straßenoberflächen-µ gesteuert bzw. geregelt, der den unmittelbar vorangehenden Fahrzustand widerspiegelt.
Bei der ersten Schätzung kann ein Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient, der der Antriebssteifigkeit entspricht, die das Fahrzeug erfasst hat, als der erste maximale Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient durch Bezugnahme auf eine Antriebssteifigkeit-Reibungskoeffizient-Darstellung festgelegt werden, in der die Antriebssteifigkeit und der Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient eine lineare Beziehung bilden.
Gemäß dieser Gestaltung wird die Korrelation zwischen der Antriebssteifigkeit und dem ersten maximalen Straßenoberflächen-µ aufrechterhalten, ohne dass eine komplizierte Steuerungs- bzw. Regelungsverarbeitung erforderlich ist.
Das Fahrzeug kann ein Allradfahrzeug sein, das eine elektronisch gesteuerte bzw. geregelte Kupplung aufweist, die so eingerichtet ist, dass sie Leistung einer Antriebsquelle auf Vorderräder und Hinterräder verteilt, und die erste bis dritte Schätzung und die Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung werden auf die Vorderräder angewendet.
Bei der Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung kann die elektronisch gesteuerte bzw. geregelte Kupplung die Antriebskraft der Vorderräder auf die Hinterräder verteilen, sodass die Antriebskraft der Vorderräder innerhalb des Reibungskreises liegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, das computerlesbare Anweisungen umfasst, die, wenn sie in ein geeignetes System geladen sind und dort ausgeführt werden, die Schritte eines Verfahrens zum Steuern bzw. Regeln einer Antriebskraft eines Fahrzeugs gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung oder einer besonderen Ausführungsform davon durchführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, umfassend: eine Antriebsquelle, ein Antriebskraft-Verteilungsmodul, das eine Antriebskraft von der Antriebsquelle auf Vorderräder und Hinterräder verteilt; ein erstes Schätzmodul, das eine erste Schätzung vornimmt, bei der ein erster maximaler Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient auf Grundlage einer Antriebssteifigkeit geschätzt wird, die durch ein Mikroschlupfverhältnis und die Antriebskraft von Antriebsrädern definiert ist, in einem ersten Fahrzustand, in dem das Fahrzeug im Wesentlichen mit einer konstanten Beschleunigung geradeaus fährt; ein zweites Schätzmodul, das eine zweite Schätzung vornimmt, bei der ein zweiter maximaler Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient auf Grundlage einer Lenkreaktionskraft geschätzt wird, die von einer elektrischen Servolenkvorrichtung erfasst wird, in einem zweiten Fahrzustand, der sich vom ersten Fahrzustand unterscheidet und in dem das Fahrzeug gelenkt wird; und ein drittes Schätzmodul, das eine dritte Schätzung vornimmt, bei der ein dritter maximaler Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient auf einen bestimmten Wert geschätzt wird, in einem dritten Fahrzustand, der sich vom ersten und zweiten Fahrzustand unterscheidet und bei dem eine Außenlufttemperatur über einer Bestimmungstemperatur liegt; wobei das Antriebskraft-Verteilungsmodul eine Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung vornimmt, bei der die Antriebskraft der Antriebsräder so gesteuert bzw. geregelt wird, dass sie innerhalb eines Reibungskreises liegt, der durch jeden der maximalen Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten und eine Bodenkontaktlast der Antriebsräder definiert ist.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform steuert bzw. regelt das Antriebskraftverteilungsmodul die Antriebskraft unter Verwendung einer der zuvor verwendeten maximalen Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten in einem vierten Fahrzustand, der sich von dem ersten bis dritten Fahrzustand unterscheidet.
Das erste Schätzmodul legt insbesondere einen Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient, der der Antriebssteifigkeit entspricht, die das Fahrzeug erfasst hat, als den ersten maximalen Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient durch Bezugnahme auf eine Antriebssteifigkeit-Reibungskoeffizient-Darstellung fest, in der die Antriebssteifigkeit und der Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient eine lineare Beziehung bilden.
Des Weiteren ist das Fahrzeug insbesondere ein Allradfahrzeug, das eine elektronisch gesteuerte bzw. geregelte Kupplung aufweist, die so eingerichtet ist, dass sie Leistung der Antriebsquelle auf Vorderräder und Hinterräder verteilt, und die erste bis dritte Schätzung und die Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung werden auf die Vorderräder angewendet, wobei die elektronisch gesteuerte bzw. geregelte Kupplung vorzugsweise die Antriebskraft der Vorderräder auf die Hinterräder verteilt, sodass die Antriebskraft der Vorderräder innerhalb des Reibungskreises liegt.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung sind die Art und Weise und die Reihenfolge von Schätzungen zweckmäßig für entsprechende Betriebszustände festgelegt und deshalb kann der schätzbare Bereich des genauen maximalen Straßenoberflächen-µ erweitert werden.
Figurenliste
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und beigefügter Zeichnungen besser ersichtlich. Es sollte sich verstehen, dass die Ausführungsformen zwar separat beschrieben sind, einzelne Merkmale davon jedoch zu zusätzlichen Ausführungsformen kombiniert werden können.

1 ist eine Gesamtkonfigurationsansicht, die vereinfacht ein Fahrzeug, das eine Vorrichtung zur Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung aufweist, die ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln der Antriebskraft anwendet, gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
2 ist ein Blockschaubild der Vorrichtung zur Antriebskraftsteuerung bzw. - regelung.
3 ist ein S-F-Kennliniendiagramm.
4 ist eine D-µ-Darstellung.
5 ist eine Verteilungsverhältnisdarstellung.
6 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf der Steuerung bzw. Regelung einer Antriebskraftverteilung veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER OFFENBARUNG
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird nachfolgend ausführlich bezogen auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die folgende Beschreibung veranschaulicht beispielhaft einen Fall, in dem die vorliegende Offenbarung insbesondere auf eine Vorrichtung zur Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung eines Allradfahrzeugs angewendet wird, und soll die vorliegende Offenbarung, eine Anwendung davon oder eine Verwendung davon nicht einschränken.
[Erste Ausführungsform]
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird nachfolgend bezogen auf 1 bis 6 beschrieben. Ein Fahrzeug dieser Ausführungsform weist eine Vorrichtung 1 zur Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung auf und ist ein Allradfahrzeug auf Grundlage eines Fahrzeugs mit Frontmotor und Frontantrieb (FF-Fahrzeug). Eine Vorrichtung 1 zur Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung sorgt insbesondere nicht die ganze Zeit für einen Allradantrieb-Fahrbetrieb, sondern ist zweckmäßig zwischen einem Einachsantrieb-Fahrzustand und einem Allrad-Fahrzustand dazwischen umschaltbar. Dieses Fahrzeug ist ferner insbesondere so ausgebildet, dass es von Vorderrädern 2a und 2b entsprechend einer Betätigung eines Lenkrads (nicht dargestellt) lenkbar ist.
Zuerst wird ein einleitender Aufbau des Fahrzeugs beschrieben. Wie in 1 veranschaulicht ist, weist dieses Fahrzeug einen Motor 3 (als eine bestimmte Antriebsquelle), ein Getriebe 4, eine Vorderraddifferentialvorrichtung 5, eine Zapfwelle (PTO - Power Take Off) 6, eine Vorderradachse 7, eine Antriebskraftübertragungswelle 8, eine elektromagnetische Kupplung 9, eine Hinterraddifferentialvorrichtung 10, eine Hinterradachse 11, einen oder mehrere Raddrehzahlsensoren 12a bis 12d, einen Gaspedalsensor 13, einen Motordrehzahlsensor 14, einen Übersetzungsverhältnissensor 15, einen Stromsensor 16, einen Säulendrehmomentsensor 17, einen Außenlufttemperatursensor 18 und/oder eine elektronische Steuer- bzw. Regeleinheit (ECU - Electronic Control Unit) 20 auf.
Dieser Motor 3 verbrennt ein Mischgas, das Kraftstoff und Luft enthält, erzeugt ein Motordrehmoment als Vortriebskraft des Fahrzeugs und überträgt dieses Motordrehmoment auf das Getriebe 4. Das Getriebe 4 ist hinsichtlich eines Übersetzungsverhältnisses zwischen einer Vielzahl von Stufen schaltbar und überträgt das Motordrehmoment, das der Motor 3 abgibt, in das eingestellte Übersetzungsverhältnis. Die Vorderraddifferentialvorrichtung 5 wandelt hier das Motordrehmoment vom Motor 3 in Antriebskraft um und überträgt sie auf die Vorderräder 2a und 2b und die PTO 6 (entsprechend einer Übertragung) über die Vorderradachse 7. Die PTO 6 überträgt die Antriebskraft von dem Getriebe 4 auf die Antriebskraftübertragungswelle 8 und diese Antriebskraftübertragungswelle 8 überträgt die Antriebskraft von der PTO 6 auf die elektromagnetische Kupplung 9. Die elektromagnetische Kupplung 9 überträgt die Antriebskraft von der Antriebskraftübertragungswelle 8 auf die Hinterraddifferentialvorrichtung 10 und diese Hinterraddifferentialvorrichtung 10 verteilt die Antriebskraft von der elektromagnetischen Kupplung 9 auf die Hinterräder 2c und 2d über die Hinterradachse 11.
Die elektromagnetische Kupplung 9 verbindet die Antriebskraftübertragungswelle 8 mit einer Welle, die mit der Hinterraddifferentialvorrichtung 10 verbunden ist, und weist eine elektromagnetische Spule, einen Nockenmechanismus, eine Schaltkupplung usw. auf (alle nicht dargestellt). Diese elektromagnetische Kupplung 9 ändert insbesondere ein größtes Übertragungsdrehmoment, bei dem es sich um einen höchsten Wert der Antriebskraft handelt, die von der Antriebskraftübertragungswelle 8 auf die Hinterraddifferentialvorrichtung 10 übertragen wird, entsprechend einem Strom, mit dem die elektromagnetische Spule auf Grundlage eines Anweisungssignals von der ECU 20 versorgt wird. Die von der Antriebskraftübertragungswelle 8 auf die Hinterraddifferentialvorrichtung 10 übertragene Antriebskraft wird auf die Hinterräder 2c und 2d übertragen und die das größte Übertragungsdrehmoment übersteigende Antriebskraft wird auf die Vorderräder 2a und 2b übertragen.
Die Raddrehzahlsensoren 12a bis 12d erfassen oder bestimmen die Raddrehzahlen des jeweiligen Rads 2a bis 2d, und der Gaspedalsensor 13 erfasst oder bestimmt eine Pedalöffnung, die einer Stärke der Betätigung eines Gaspedals (nicht veranschaulicht) durch einen Fahrzeugfahrer entspricht. Der Motordrehzahlsensor 14 erfasst oder bestimmt eine Drehzahl einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) des Motors 3, und der Übersetzungsverhältnissensor 16 erfasst oder bestimmt das Übersetzungsverhältnis des Getriebes 4. Wenn das Getriebe 4 ein Automatikgetriebe ist, wird ein Verhältnis zwischen einer Eingangsdrehzahl und einer Ausgangsdrehzahl des Getriebes 4 erfasst oder bestimmt, und wenn das Getriebe 4 ein Schaltgetriebe ist, wird eine Position eines Gangschalthebels (nicht dargestellt) erfasst oder bestimmt. Der Stromsensor 16 erfasst oder bestimmt einen Motorstrom Am einer Servolenkvorrichtung (EPS: Elektrische Servolenkung) (nicht dargestellt), und der Säulendrehmomentsensor 17 erfasst oder bestimmt ein Drehmoment Tc, das während der Betätigung des Lenkrads auf eine Lenksäule (nicht dargestellt) einwirkt. Der Außenlufttemperatursensor 18 erfasst oder bestimmt die Temperatur außerhalb des Fahrzeugs.
Diese Sensoren 12a bis 12d und 13 bis 18 geben jeweils ein Erfassungssignal an die ECU 20 aus. Die ECU 20 besteht aus einem Prozessor 25 wie einer CPU (zentrale Verarbeitungseinheit), einem Speicher 26, der aus ROM-Speicher(n) (Nur-Lese-Speicher) und RAM-Speicher(n) (Direktzugriffsspeicher) besteht, einer Eingangsschnittstelle, einer Ausgangsschnittstelle usw. Der bzw. die ROM-Speicher speichert bzw. speichern ein oder mehrere unterschiedliche Programme und/oder Daten für die Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung und der bzw. die RAM-Speicher ist bzw. sind mit einem Verarbeitungsbereich versehen, der genutzt wird, wenn die CPU eine Reihe von Verarbeitungen vornimmt.
Als Nächstes wird die Vorrichtung 1 zur Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung beschrieben. Die Vorrichtung 1 zur Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung verteilt gezielt oder steuer- bzw. regelbar einen Teil einer Antriebskraft F auf die Hinterräder 2c und 2d (zuschaltbare Antriebsräder) insbesondere hinsichtlich einer Schlupfmöglichkeit, basierend auf dem maximalen Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient (µ) von einem der Vorderräder 2a und 2b (Hauptantriebsräder), bei dem ein Schlupfverhältnis S höher ist als bei dem anderen Vorderrad. Wie in 1 und 2 dargestellt ist, umfasst die Vorrichtung 1 zur Antriebskraftsteuerung bzw. - regelung insbesondere die elektromagnetische Kupplung 9, die Sensoren 12a bis 12d und 13 bis 18 und die ECU 20. Es sei darauf hingewiesen, dass die folgende Beschreibung die Erläuterung eines Verfahrens zum Steuern bzw. Regeln der Antriebskraft des Fahrzeugs umfasst.
Die ECU 20 berechnet das von dem Motor 3 abgegebene Motordrehmoment anhand der Pedalöffnung und der Motordrehzahl, und berechnet die Antriebskraft F, die von den Vorderrädern 2a und 2b auf die Straßenoberfläche übertragen wird, anhand des Motordrehmoments und des Übersetzungsverhältnisses oder leitet sie daraus ab. Die ECU 20 berechnet die Schlupfverhältnisse S der Vorderräder 2a und 2b anhand der Erfassungssignale der Raddrehzahlsensoren 12a bis 12d oder leitet sie daraus ab. Die ECU 20 berechnet beispielsweise ein Pseudoschlupfverhältnis SFa, das durch Teilen eines Differenzwerts zwischen der Raddrehzahl VFa des Vorderrads 2a und einer Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit VB durch die Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit VB erhalten wird, und/oder ein Pseudoschlupfverhältnis SFb, das durch Teilen eines Differenzwerts zwischen der Raddrehzahl VFb des Vorderrads 2b und der Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit VB durch die Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit VB erhalten wird, oder leitet diese auf diese Weise ab, und legt ein höheres Verhältnis dieser Pseudoschlupfverhältnisse SFa und SFb als das Schlupfverhältnis S fest, das beiden Vorderrädern 2a und 2b entspricht. In dieser Ausführungsform wird eine langsamere Geschwindigkeit der Raddrehzahlen VRc und VRd der Hinterräder 2c und 2d (zuschaltbare Antriebsräder) als Fahrzeugkarosseriegeschwindigkeit VB verwendet.
Wie in 2 dargestellt ist, weist die ECU 20 ein erstes Schätzmodul 21, ein zweites Schätzmodul 22, ein drittes Schätzmodul 23 und/oder ein Antriebskraftverteilungsmodul 24 auf. Der Prozessor 25 ist so eingerichtet, dass er ein oder mehrere dieser Module ausführt, damit sie ihre jeweiligen Aufgaben erfüllen. Diese Module sind in dem Speicher 26 als Software gespeichert.
Zuerst wird das erste Schätzmodul 21 beschrieben. In einem ersten Fahrzustand, in dem das Fahrzeug im Wesentlichen mit einer konstanten Beschleunigung geradeaus fährt, schätzt das erste Schätzmodul 21 den maximalen Straßenoberflächen-µ_max anhand einer Antriebssteifigkeit D (erste Schätzung). Die Antriebssteifigkeit D kann mit einem Verhältnis zwischen dem Schlupfverhältnis S eines Zielrads und der Antriebskraft F des Zielrads innerhalb eines Mikroschlupfbereichs eines S-F-Kennliniendiagramms ausgedrückt werden, d. h. ein Gradient einer linearen Funktion im S-F-Kennliniendiagramm. Ein Reibungskoeffizient, der im Wesentlichen einer Leistungsgrenze des Rads (Reifens) entspricht, wird nachfolgend als der maximale Straßenoberflächen-µ_max ausgedrückt, damit er sich von dem Straßenoberflächen-µ (Reibungskoeffizient) beim Fahren unterscheiden lässt.
Wie in 3 dargestellt ist, gibt das S-F-Kennliniendiagramm ein Änderungsverhalten der Antriebskraft F, die zwischen dem Rad und der Straßenoberfläche wirkt, bezogen auf das Schlupfverhältnis S des Rads beim Beschleunigen und Bremsen an. Beträgt das Schlupfverhältnis S null, befindet sich das Rad in einem frei rollenden Zustand, und wenn das Schlupfverhältnis S 1,0 (100%) beträgt, befindet sich das Rad im blockierten Zustand. Eine Spitze P bei trockener Straßenoberfläche weist ein Schlupfverhältnis S von s (ungefähr 0,1) und eine größte Antriebskraft F von f auf. Wenn die Antriebskraft F ist, der Reibungskoeffizient zwischen dem Rad und der Straßenoberfläche µ ist und eine Bodenkontaktlast des Rads W ist, wird die folgende Gleichung 1 erstellt. $F = μ \times W$
Der Straßenoberflächen-µ während des Fahrens wird deshalb durch Einsetzen der Antriebskraft F und der Bodenkontaktlast W in Gleichung 1 berechnet, und der maximale Straßenoberflächen-µ_max der Spitze P wird erhalten, indem die größte Antriebskraft f, welche die Leistungsgrenze des Zielrads ist, und die Bodenkontaktlast W eingesetzt werden. Des Weiteren zeigen das Schlupfverhältnis S und die Antriebskraft F innerhalb des Mikroschlupfbereichs, der dem Schlupfverhältnis von null zu s entspricht, eine lineare Funktion L mit dem Gradienten θ an.
Das erste Schätzmodul 21 berechnet eine gerade Linie (linearer Vergleichsausdruck), die den Ursprung mit einem Koordinatenpunkt verbindet, der von dem Schlupfverhältnis S und der Antriebskraft F, die diesem Schlupfverhältnis S entspricht, definiert wird, und berechnet die Antriebssteifigkeit D anhand des Gradienten dieser berechneten geraden Linie unter Verwendung der folgenden Gleichung 2. $D = F / S$
Des Weiteren schätzt das erste Schätzmodul 21 den maximalen Straßenoberflächen-µ_max durch Anwenden der berechneten Antriebssteifigkeit D auf eine zuvor gespeicherte Darstellung oder Tabelle oder Beziehung aus Antriebssteifigkeit und maximalem Straßenoberflächen-µ (nachfolgend als D-µ-Darstellung bezeichnet) M1.
Gemäß der Untersuchung der vorliegenden Erfinder wurde, bei im Wesentlichen konstanter Bodenkontaktlast W, eine im Wesentlichen lineare Korrelation zwischen der Antriebssteifigkeit D und der größten Antriebskraft F_max ermittelt. Beim Geradeausfahren mit einer konstanten Beschleunigung, wobei die Bodenkontaktlast W konstant ist, weisen die Antriebssteifigkeit D und der maximale Straßenoberflächen-µ_max also, da die größte Antriebskraft F_max und der maximale Straßenoberflächen-µ_max in einem proportionalen Verhältnis stehen, wie mit der Gleichung 1 angegeben ist, eine universell lineare Korrelation unabhängig von der Art des Reifens mit einer unterschiedlichen Laufflächensteifigkeit und/oder einem unterschiedlichen Mischungsverhalten auf, wie mit der D-µ-Darstellung M1 von 4 angegeben ist. Es ist deshalb möglich, den maximalen Straßenoberflächen-µ_max anhand der Antriebssteifigkeit D zu schätzen.
Anschließend wird das zweite Schätzmodul 22 beschrieben. In einem zweiten Fahrzustand, der sich von dem ersten Fahrzustand unterscheidet und in dem das Fahrzeug gelenkt wird, schätzt das zweite Schätzmodul 22 den maximalen Straßenoberflächen-µ_max anhand einer Lenkreaktionskraft Fst, die ein Parameter der oder in Beziehung zur Reifenreaktion ist (zweite Schätzung). Die Lenkreaktionskraft Fst wird unter Verwendung der folgenden Gleichung 3 berechnet. $Fst = | (Am \times K1 + Tc) \times K2 |$

K1= Drehmomentkonstante
K2= (2π×Radius Spurstangenhebel)/(Hubverhältnis)

Das zweite Schätzmodul 22 schätzt den maximalen Straßenoberflächen-µ_max unter Verwendung der berechneten Lenkreaktionskraft Fst, der Bodenkontaktlast W und von Gleichung 1 beim Wenden. Es sei angemerkt, dass bei einem großen Lenkwinkel, da die Lenkreaktionskraft Fst nicht genau berechnet werden kann, ein Lenkwinkelbereich für den zweiten Fahrzustand festgelegt werden kann. Wenn beispielsweise der berechenbare Lenkwinkelbereich insbesondere ungefähr auf -500° bis 500° festgelegt ist und wenn er unter -500° oder über 500° liegt, ist die Berechnung der Lenkreaktionskraft Fst untersagt.
Als Nächstes wird das dritte Schätzmodul 23 beschrieben. In einem dritten Fahrzustand, der sich von dem ersten und zweiten Fahrzustand unterscheidet und bei dem die Außenlufttemperatur über einer Bestimmungstemperatur liegt, schätzt das dritte Schätzmodul 23 den maximalen Straßenoberflächen-µ_max auf einen bestimmten Wert (dritte Schätzung). Wenn die Außenlufttemperatur über der Bestimmungstemperatur liegt, z.B. über ungefähr 10°C, kann insbesondere geschätzt werden, dass das Wetter sonnig ist und die Fahrbahnoberfläche trocken ist. Wenn die Außenlufttemperatur über der Bestimmungstemperatur liegt, schätzt deshalb das dritte Schätzmodul 23 den maximalen Straßenoberflächen-µ_max auf einen bestimmten hohen µ-Wert (z.B. ungefähr 0,8), der insbesondere im Voraus anhand eines Erfahrungswerts festgesetzt wird.
Wenn sich das Fahrzeug in keinem vom ersten bis dritten Fahrzustand befindet, (d.h. sich in einem vierten Fahrzustand befindet), setzt die ECU 20 den maximalen Straßenoberflächen-µ_max, der bei einer vorherigen Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung verwendet wurde, als den aktuellen maximalen Straßenoberflächen-µ_max fest. Ursache hierfür ist, dass der maximale Straßenoberflächen-µ_max nicht aus dem Fahrzustand des Fahrzeugs geschätzt werden kann, und deshalb wird ein vorangehender maximaler Straßenoberflächen-µ_max, der dem aktuellen maximalen Straßenoberflächen-µ_max am nächsten liegt, eingesetzt.
Das Antriebskraftverteilungsmodul 24 steuert bzw. regelt die Antriebskräfte der Vorderräder 2a und 2b und der Hinterräder 2c und 2d unter Verwendung des Motordrehmoments und des geschätzten maximalen Straßenoberflächen-µ_max. Dieses Antriebskraftverteilungsmodul 24 legt auf Grundlage einer Verteilungsverhältnisdarstellung oder -tabelle oder -beziehung M2, die insbesondere im Vorfeld in der ECU 20 gespeichert ist, ein Verteilungsverhältnis r fest, das einem höchsten Drehmoment entspricht, das auf die Hinterräder 2c und 2d übertragen wird, und verteilt einen dem Verteilungsverhältnis r entsprechenden Strom auf die elektromagnetische Kupplung 9. Es sei darauf hingewiesen, dass die Antriebskraft der Hauptantriebsräder zur Antriebskraft der zuschaltbaren Antriebsräder insbesondere auf 100:0 festgesetzt ist, wenn das Verteilungsverhältnis r 0% beträgt, und 50:50, wenn das Verteilungsverhältnis r 100% ist.
Wie in 5 dargestellt ist, ist die Verteilungsverhältnisdarstellung oder -tabelle oder -beziehung M2 insbesondere mit Eigenschaften ausgelegt, die in einer waagerechten Achse durch das Motordrehmoment und in einer senkrechten Achse durch das Verteilungsverhältnis r definiert sind, und diese Eigenschaften setzen sich aus einer Vielzahl von Darstellungen oder Tabellen oder Beziehungen zusammen, die für jeden maximalen Straßenoberflächen-µ_max festgelegt sind. Wenn das Motordrehmoment einen niedrigen Wert hat, wird das Verteilungsverhältnis r niedrig angesetzt. Der Grund dafür ist, dass sich die Kraftstoffersparnis beim Einachsantrieb-Fahrbetrieb mit den Vorderrädern 2a und 2b im Vergleich dazu verbessert, wenn die Antriebskraft auch auf die Hinterräder 2c und 2d verteilt wird. Wenn das Motordrehmoment auf einem mittleren Wert oder Zwischenwert liegt, wird das Verteilungsverhältnis r auf einen Zwischenwert festgelegt, und wenn das Motordrehmoment auf einem hohen Wert liegt, wird das Verteilungsverhältnis r hoch angesetzt. Damit soll ein durch den Schlupf der Vorderräder 2a und 2b verursachter Antriebsverlust durch Antreiben der Hinterräder 2c und 2d vermindert werden. Des Weiteren wird ferner, wenn das Motordrehmoment konstant ist, das Verteilungsverhältnis r höher eingestellt, da der maximale Straßenoberflächen-µ_max niedriger ist. Der Grund dafür ist, dass sich die Kraftstoffersparnis beim Allradantrieb-Fahrbetrieb gegenüber dem Einachsantrieb-Fahrbetrieb verbessert.
Als Nächstes wird ein Ablauf einer Steuerung bzw. Regelung der Antriebskraftverteilung bezogen auf das Flussdiagramm von 6 beschrieben. Es sei angemerkt, dass Si (i=1, 2,...) einen Schritt für jede Verarbeitung angibt. Bei dieser Steuerung bzw. Regelung der Antriebskraftverteilung wird nach dem Starten des Motors 3 die Verteilungssteuerung bzw. - regelung in beispielsweise einer Periode von 100 ms ausgeführt. Wie im Flussdiagramm von 6 dargestellt ist, werden bei der Steuerung bzw. Regelung der Antriebskraftverteilung zuerst bei S1 der Erfassungswert jedes Sensors und verschiedene Informationen einschließlich der D-µ-Darstellung M1 und der Verteilungsverhältnisdarstellung oder -tabelle oder -beziehung M2, die in der ECU 20 gespeichert sind, gelesen und anschließend wird das Verfahren mit S2 fortgesetzt.
Bei S2 wird festgestellt, ob das Fahrzeug mit einer konstanten Beschleunigung geradeaus fährt. Wird als Ergebnis von S2 festgestellt, dass das Fahrzeug im Wesentlichen mit der konstanten Beschleunigung geradeaus fährt, da die Bodenkontaktlast W des Fahrzeugs konstant ist, nimmt das erste Schätzmodul 21 die erste Schätzung vor (S3) und das Verfahren wird dann mit S8 fortgesetzt. Wird als Ergebnis von S2 festgestellt, dass das Fahrzeug nicht im Wesentlichen mit der konstanten Beschleunigung geradeaus fährt, wird das Verfahren mit S4 fortgesetzt. Bei S4 wird festgestellt, ob das Fahrzeug gelenkt wird. Wird als Ergebnis von S4 festgestellt, dass das Fahrzeug gelenkt wird, nimmt das zweite Schätzmodul 22, da die Lenkreaktionskraft Fst, die der Reifenreaktionskraft entspricht, berechenbar ist, die zweite Schätzung vor (S5), und dann wird das Verfahren mit S8 fortgesetzt. Wird als Ergebnis von S4 festgestellt, dass das Fahrzeug nicht gelenkt wird, wird das Verfahren mit S6 fortgesetzt.
Bei S6 wird festgestellt, ob die Außenlufttemperatur bei einem vorgegebenen Wert oder darüber liegt (als eine besondere Bestimmungstemperatur, z.B. ungefähr 10°C oder darüber). Wird als Ergebnis von S6 festgestellt, dass die Außenlufttemperatur bei dem vorgegebenen Wert oder darüber liegt (z.B. ungefähr 10°C oder darüber), da angenommen wird, dass das Wetter sonnig ist und die Fahrbahnoberfläche trocken ist, nimmt das dritte Schätzmodul 23 die dritte Schätzung vor (S7), und anschließend wird das Verfahren mit S8 fortgesetzt. Wird als Ergebnis von S6 festgestellt, dass die Außenlufttemperatur unter dem vorgegebenen Wert liegt (z.B. unter 10°C), wird das Verfahren mit S8 fortgesetzt. Bei S8 wird der von einem vom ersten bis dritten Schätzmodul 21 bis 23 geschätzte maximale Straßenoberflächen-µ_max als aktueller maximaler Straßenoberflächen-µ_max festgelegt, und wenn von keinem vom ersten bis dritten Schätzmodul 21 bis 23 ein maximaler Straßenoberflächen-µ_max geschätzt wird, wird der bei der vorherigen Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung verwendete maximale Straßenoberflächen-µ_max als der aktuelle maximale Straßenoberflächen-µ_max festgelegt und der Ablauf wird mit S9 fortgesetzt.
Bei S9 wird aus der Vielzahl von Darstellungen oder Tabellen oder Beziehungen M2 eine bestimmte Verteilungsverhältnisdarstellung oder -tabelle oder -beziehung M2 ausgewählt, die dem festgelegten maximalen Straßenoberflächen-µ_max entspricht, und das Verfahren wird mit S10 fortgesetzt. Bei S10 wird das Verteilungsverhältnis r unter Verwendung der ausgewählten bestimmten Verteilungsdarstellung M2 und des Motordrehmoments festgelegt. Anschließend wird bei S11 die elektromagnetische Kupplung 9 durch die Leistungsverteilung entsprechend dem Verteilungsverhältnis r betätigt und der Ablauf springt zurück.
Als Nächstes werden die Abläufe und Wirkungen des Verfahrens zum Steuern bzw. Regeln der Antriebskraft dieser Ausführungsform beschrieben. In diesem Verfahren zum Steuern und Regeln der Antriebskraft wird das erste Schätzmodul 21 (erste Schätzung: S3) bereitgestellt, das den maximalen Straßenoberflächen-µ_max anhand der Antriebssteifigkeit D, die dem Schlupfverhältnis S und der Antriebskraft F entspricht, im ersten Fahrzustand schätzt, in dem das Fahrzeug im Wesentlichen mit der konstanten Beschleunigung geradeaus fährt. Der maximale Straßenoberflächen-µ_max wird deshalb über die Antriebssteifigkeit D unabhängig von der Fahrumgebung usw. innerhalb des Mikroschlupfbereichs bei Geradeausfahrt mit der konstanten Beschleunigung geschätzt, was häufig vorkommt. Darüber hinaus wird das zweite Schätzmodul 22 (zweite Schätzung: S5) bereitgestellt, das den maximalen Straßenoberflächen-µ_max auf Grundlage der Lenkreaktionskraft Fst im zweiten Fahrzustand schätzt, der sich von dem ersten Fahrzustand unterscheidet und in dem das Fahrzeug gelenkt wird, und wird das dritte Schätzmodul 23 (dritte Schätzung: S7) bereitgestellt, das den maximalen Straßenoberflächen-µ_max auf den bestimmten Wert in dem dritten Fahrzustand schätzt, der sich von dem ersten und zweiten Fahrzustand unterscheidet und bei dem die Außenlufttemperatur über der Bestimmungstemperatur liegt. Der maximale Straßenoberflächen-µ_max wird deshalb für jeden von dem zweiten und dritten Fahrzustand geschätzt. Zusätzlich wird das Antriebskraftverteilungsmodul 24 (als eine besondere Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung: S9 bis S11) bereitgestellt, das die Antriebskraft unter Verwendung des geschätzten maximalen Straßenoberflächen-µ_max steuert bzw. regelt. Der Zeitpunkt der Antriebskraftverteilung wird deshalb für jeden von dem ersten bis dritten Fahrzustand optimiert, und es wird eine wesentliche Verbesserung der Kraftstoffersparnis erwartet.
Das Antriebskraftverteilungsmodul 24 steuert bzw. regelt die Antriebskraft insbesondere unter Verwendung des maximalen Straßenoberflächen-µ_max, der bei der vorherigen Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung verwendet wurde, in einem Fahrzustand, der keiner von dem ersten bis dritten Fahrzustand ist. Die Antriebskraft ist deshalb unter Verwendung des maximalen Straßenoberflächen-µ_max, der den unmittelbar davor liegenden Fahrzustand widerspiegelt, sogar in dem Fahrzustand steuerbar, der nicht der erste bis dritte Fahrzustand ist.
Da das erste Schätzmodul 21 den maximalen Straßenoberflächen-µ_max unter Verwendung der D-µ-Darstellung oder -Tabelle oder -Beziehung schätzt, in der die Korrelation zwischen der Antriebssteifigkeit D und dem maximalen Straßenoberflächen-µ_max insbesondere linear festgelegt ist, bleibt die Korrelation zwischen der Antriebssteifigkeit D und/oder dem maximalen Straßenoberflächen-µ_max aufrechterhalten, ohne dass eine komplizierte Steuerungs- bzw. Regelungsverarbeitung erforderlich ist.
Da das Fahrzeug insbesondere den Motor 3 und die elektromagnetische Kupplung 9 aufweist, die die Antriebskraft von dem Motor 3 auf die Vorderräder 2a und 2b und die Hinterräder 2c und 2d verteilt, ist es möglich, den Zeitpunkt für die Antriebskraftverteilung von den Vorderrädern 2a und 2b, die die Hauptantriebsräder sind, auf die Hinterräder 2c und 2d, die die zuschaltbaren Antriebsräder sind, möglichst weit hinauszuschieben, und es wird eine erhebliche Verbesserung der Kraftstoffersparnis erwartet.
Da das Antriebskraftverteilungsmodul 24 die Antriebskräfte der Vorderräder 2a und 2b und der Hinterräder 2c und 2d unter Verwendung des Motordrehmoments und des maximalen Straßenoberflächen-µ_max festlegt, wird die Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung unter Verwendung des Motordrehmoments und des maximalen Straßenoberflächen-µ_max ausgeführt, der ein Haftungsgrenzenindex ist.
Als Nächstes werden Abwandlungen beschrieben, bei denen die vorstehende Ausführungsform teilweise abgewandelt wird. (1) In der vorstehenden Ausführungsform ist das Beispiel beschrieben, in dem die Hauptantriebsräder die Vorderräder sind und die zuschaltbaren Antriebsräder die Hinterräder sind; es können jedoch die Hinterräder die Hauptantriebsräder sein und die zuschaltbaren Antriebsräder können die Vorderräder sein, wie in einem Fahrzeug mit Frontmotor und Hinterradantrieb (FR-Fahrzeug). In der vorstehenden Ausführungsform ist ferner das Beispiel beschrieben, bei dem die Antriebskraft der Hauptantriebsräder zur Antriebskraft der zuschaltbaren Räder auf 100:0 festgelegt wird, wenn das Verteilungsverhältnis r 0% ist, und 50:50, wenn das Verteilungsverhältnis r 100% ist; es kann jedoch eine Bezugsantriebskraftverteilung festgelegt werden, beispielsweise auf 7:3. In diesem Fall wird die Bezugsantriebskraftverteilung auf Grundlage des Verteilungsverhältnisses korrigiert.
(2) In der vorstehenden Ausführungsform ist das Beispiel beschrieben, bei dem in der zweiten Schätzung der maximale Straßenoberflächen-µ_max auf einen Wert geschätzt wird, der proportional zur Lenkreaktionskraft ist; es kann jedoch eine bestimmte Festlegungsgrenze vorgesehen werden, sodass eine hohe µ-Festlegung durch Vergleichen der Lenkreaktionskraft mit der Festlegungsgrenze wie in der dritten Schätzung erfolgt. Darüber hinaus kann eine Vielzahl von Festlegungsgrenzen vorgesehen werden, sodass der maximale Straßenoberflächen-µ_max für jede der Festlegungsgrenzen festgelegt wird.
(3) In der vorstehenden Ausführungsform ist das Beispiel der Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung unter Verwendung der Verteilungsverhältnisdarstellung oder -tabelle oder - beziehung beschrieben, die für jeden maximalen Straßenoberflächen-µ_max festgelegt wird; die Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung kann jedoch unter Verwendung der größten Antriebskraft ausgeführt werden, die ein Haftungsgrenzenindex ist. So wird beispielsweise eine Schlupfmöglichkeit der Hauptantriebsräder unter Verwendung eines Reibungskreises geschätzt, der durch die größte Antriebskraft und eine Seitenkraft definiert ist, und die auf die zuschaltbaren Antriebsräder zu verteilende Antriebskraft wird anhand der Beziehung zwischen der aktuellen Antriebskraft und der größten Antriebskraft festgelegt. Die Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung wird also unter Verwendung des Reibungskreises vorgenommen, der durch die größte Antriebskraft definiert ist, die der Haftungsgrenzenindex ist. Die Antriebskraft der Hauptantriebsräder und die Antriebskraft der zuschaltbaren Antriebsräder können ferner auf Grundlage eines Steuer- bzw. Regelverhältnisses zwischen dem Straßenoberflächen-µ und dem maximalen Straßenoberflächen-µ_max verteilt werden.
(4) In der vorstehenden Ausführungsform ist das Beispiel beschrieben, bei dem der Fahrzustand des Fahrzeugs aus dem Einachsantrieb-Fahrzustand über die Kupplung dem Fahrtzustand entsprechend in den Allrad-Fahrzustand gewechselt wird; die vorliegende Offenbarung ist jedoch auf sowohl einen permanenten Allradantrieb als auch einen zuschaltbaren Allradantrieb anwendbar. Darüber hinaus ist sie auch auf eine Antriebsschlupfsteuerung bzw. - regelung anwendbar.
Die vorliegende Offenbarung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln einer Antriebskraft eines Fahrzeugs, umfassend: Vornehmen einer ersten Schätzung, bei der ein erster maximaler Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient auf Grundlage einer Antriebssteifigkeit geschätzt wird, die durch ein Mikroschlupfverhältnis und die Antriebskraft von Antriebsrädern definiert ist, in einem ersten Fahrzustand, in dem das Fahrzeug mit einer konstanten Beschleunigung geradeaus fährt; Vornehmen einer zweiten Schätzung, bei der ein zweiter maximaler Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient auf Grundlage einer Lenkreaktionskraft geschätzt wird, die von einer elektrischen Servolenkvorrichtung erfasst wird, in einem zweiten Fahrzustand, der sich vom ersten Fahrzustand unterscheidet und in dem das Fahrzeug gelenkt wird; Vornehmen einer dritten Schätzung, bei der ein dritter maximaler Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient auf einen bestimmten Wert geschätzt wird, in einem dritten Fahrzustand, der sich vom ersten und zweiten Fahrzustand unterscheidet und bei dem eine Außenlufttemperatur über einer Bestimmungstemperatur liegt; und Vornehmen einer Antriebskraftsteuerung bzw. - regelung, bei der die Antriebskraft der Antriebsräder so gesteuert bzw. geregelt wird, dass sie innerhalb eines Reibungskreises liegt, der durch jeden der maximalen Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten und eine Bodenkontaktlast der Antriebsräder definiert ist.
Bei der Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung wird insbesondere die Antriebskraft unter Verwendung einer der zuvor verwendeten maximalen Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten in einem vierten Fahrzustand, der sich von dem ersten bis dritten Fahrzustand unterscheidet, gesteuert bzw. geregelt.
Des Weiteren wird in der ersten Schätzung insbesondere ein Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient, der der Antriebssteifigkeit entspricht, die das Fahrzeug erfasst hat, als der erste maximale Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient durch Bezugnahme auf eine Antriebssteifigkeit-Reibungskoeffizient-Darstellung festgelegt, in der die Antriebssteifigkeit und der Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient eine lineare Beziehung bilden.
Des Weiteren ist das Fahrzeug insbesondere ein Allradfahrzeug, das eine elektronisch gesteuerte bzw. geregelte Kupplung aufweist, die so eingerichtet ist, dass sie Leistung einer Antriebsquelle auf Vorderräder und Hinterräder verteilt, und die erste bis dritte Schätzung und die Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung werden auf die Vorderräder angewendet.
Des Weiteren verteilt insbesondere die elektronisch gesteuerte bzw. geregelte Kupplung bei der Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung die Antriebskraft der Vorderräder auf die Hinterräder, sodass die Antriebskraft der Vorderräder innerhalb des Reibungskreises liegt.
Es sollte sich verstehen, dass die Ausführungsformen im vorliegenden Dokument veranschaulichend und nicht einschränkend sind, da der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und nicht durch die ihnen vorausgehende Beschreibung definiert ist, und sämtliche Änderungen, die innerhalb von Maß und Ziel der Ansprüche liegen, oder Äquivalente dieses Maßes und dieser Ziele davon, sollen deshalb in den Ansprüchen enthalten sein. Zusätzlich kann der Fachmann die vorstehenden Ausführungsformen mit zusätzlichen verschiedenen Änderungen umsetzen, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, und die vorliegende Offenbarung umfasst auch diese Abwandlungen.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zur Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung
2a, 2b: Vorderrad
2c, 2d: Hinterrad
3: Motor
9: Elektromagnetische Kupplung
20: ECU
S: Schlupfverhältnis
D: Antriebssteifigkeit

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

JP 5179891 B [0004, 0006, 0007]
JP 2016216934 A [0005, 0006, 0007]

Claims

Verfahren zum Steuern bzw. Regeln einer Antriebskraft (F) eines Fahrzeugs, umfassend: Vornehmen (S3) einer ersten Schätzung, bei der ein erster maximaler Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient (µ_max) auf Grundlage einer Antriebssteifigkeit (D) geschätzt wird, die durch ein Mikroschlupfverhältnis (S) und die Antriebskraft (F) von Antriebsrädern (2a, 2b; 2c, 2d) definiert ist, in einem ersten Fahrzustand, in dem das Fahrzeug im Wesentlichen mit einer konstanten Beschleunigung geradeaus fährt; Vornehmen (S5) einer zweiten Schätzung, bei der ein zweiter maximaler Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient (µ_max) auf Grundlage einer Lenkreaktionskraft (Fst) geschätzt wird, die von einer elektrischen Servolenkvorrichtung erfasst wird, in einem zweiten Fahrzustand, der sich vom ersten Fahrzustand unterscheidet und in dem das Fahrzeug gelenkt wird; Vornehmen (S7) einer dritten Schätzung, bei der ein dritter maximaler Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient (µ_max) auf einen bestimmten Wert geschätzt wird, in einem dritten Fahrzustand, der sich vom ersten und zweiten Fahrzustand unterscheidet und bei dem eine Außenlufttemperatur über einer Bestimmungstemperatur liegt, und Vornehmen (S9 bis S11) einer Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung, bei der die Antriebskraft (F) der Antriebsräder (2a, 2b; 2c, 2d) so gesteuert bzw. geregelt wird, dass sie innerhalb eines Reibungskreises liegt, der durch jeden der maximalen Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten (µ_max) und eine Bodenkontaktlast (W) der Antriebsräder (2a, 2b; 2c, 2d) definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei der Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung die Antriebskraft (F) unter Verwendung einer der zuvor verwendeten maximalen Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten (µ_max) in einem vierten Fahrzustand gesteuert bzw. geregelt wird, der sich von dem ersten bis dritten Fahrzustand unterscheidet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der ersten Schätzung ein Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient (µ), der der Antriebssteifigkeit (D) entspricht, die das Fahrzeug erfasst hat, als der erste maximale Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient (µ_max) durch Bezugnahme auf eine Antriebssteifigkeit-Reibungskoeffizient-Darstellung (M1) festgelegt wird, in der die Antriebssteifigkeit (D) und der Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient (µ) eine lineare Beziehung bilden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug ein Allradfahrzeug ist, das eine elektronisch gesteuerte bzw. geregelte Kupplung (9) aufweist, die so eingerichtet ist, dass sie Leistung einer Antriebsquelle (3) auf Vorderräder (2a, 2b) und Hinterräder (2c, 2d) verteilt, und die erste bis dritte Schätzung und die Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung auf die Vorderräder (2a, 2b) angewendet werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei bei der Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung die elektronisch gesteuerte bzw. geregelte Kupplung (9) die Antriebskraft (F) der Vorderräder (2a, 2b) auf die Hinterräder (2c, 2d) verteilt, sodass die Antriebskraft (F) der Vorderräder (2a, 2b) innerhalb des Reibungskreises liegt.
Computerprogrammprodukt, das computerlesbare Anweisungen umfasst, die, wenn sie in ein geeignetes System geladen sind und dort ausgeführt werden, die Schritte eines Verfahrens zum Steuern bzw. Regeln einer Antriebskraft (F) eines Fahrzeugs nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchführen.
Kraftfahrzeug, umfassend: eine Antriebsquelle (3); ein Antriebskraft-Verteilungsmodul (24), das eine Antriebskraft von der Antriebsquelle (3) auf Vorderräder (2a, 2b) und Hinterräder (2c, 2d) verteilt; ein erstes Schätzmodul (21), das eine erste Schätzung vornimmt (S3), bei der ein erster maximaler Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient (µ_max) auf Grundlage einer Antriebssteifigkeit (D) geschätzt wird, die durch ein Mikroschlupfverhältnis (S) und die Antriebskraft (F) von Antriebsrädern (2a, 2b; 2c, 2d) definiert ist, in einem ersten Fahrzustand, in dem das Fahrzeug im Wesentlichen mit einer konstanten Beschleunigung geradeaus fährt; ein zweites Schätzmodul (22), das eine zweite Schätzung vornimmt (S5), bei der ein zweiter maximaler Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient (µ_max) auf Grundlage einer Lenkreaktionskraft (Fst) geschätzt wird, die von einer elektrischen Servolenkvorrichtung erfasst wird, in einem zweiten Fahrzustand, der sich vom ersten Fahrzustand unterscheidet und in dem das Fahrzeug gelenkt wird; und ein drittes Schätzmodul (23), das eine dritte Schätzung vornimmt (S7), bei der ein dritter maximaler Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient (µ_max) auf einen bestimmten Wert geschätzt wird, in einem dritten Fahrzustand, der sich vom ersten und zweiten Fahrzustand unterscheidet und bei dem eine Außenlufttemperatur über einer Bestimmungstemperatur liegt; wobei das Antriebskraftverteilungsmodul (24) eine Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung vornimmt (S9 bis S11), bei der die Antriebskraft (F) der Antriebsräder (2a, 2b; 2c, 2d) so gesteuert bzw. geregelt wird, dass sie innerhalb eines Reibungskreises liegt, der durch jeden der maximalen Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten (µ_max) und eine Bodenkontaktlast (W) der Antriebsräder (2a, 2b; 2c, 2d) definiert ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 7, wobei das Antriebskraftverteilungsmodul (24) die Antriebskraft (F) unter Verwendung einer der zuvor verwendeten maximalen Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten (µ_max) in einem vierten Fahrzustand, der sich von dem ersten bis dritten Fahrzustand unterscheidet, steuert bzw. regelt.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 7 oder 8, wobei das erste Schätzmodul (21) einen Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten (µ), der der Antriebssteifigkeit (D) entspricht, die das Fahrzeug erfasst hat, als den ersten maximalen Straßenoberflächen-Reibungskoeffizienten (µ_max) durch Bezugnahme auf eine Antriebssteifigkeit-Reibungskoeffizient-Darstellung (M1) festlegt, in der die Antriebssteifigkeit (D) und der Straßenoberflächen-Reibungskoeffizient (µ) eine lineare Beziehung bilden.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9, wobei das Fahrzeug ein Allradfahrzeug ist, das eine elektronisch gesteuerte bzw. geregelte Kupplung (9) aufweist, die so eingerichtet ist, dass sie Leistung einer Antriebsquelle (3) auf Vorderräder (2a, 2b) und Hinterräder (2c, 2d) verteilt, und die erste bis dritte Schätzung und die Antriebskraftsteuerung bzw. -regelung auf die Vorderräder (2a, 2b) angewendet werden, wobei die elektronisch gesteuerte bzw. geregelte Kupplung (9) vorzugsweise die Antriebskraft (F) der Vorderräder (2a, 2b) auf die Hinterräder (2c, 2d) verteilt, sodass die Antriebskraft (F) der Vorderräder (2a, 2b) innerhalb des Reibungskreises liegt.