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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Getriebeeinrichtung über eine Eingangswelle und zwei mit der Eingangswelle über ein Differentialgetriebe gekoppelte Ausgangswellen verfügt und eine Aufteilung eines an der Eingangswelle bereitgestellten Eingangsdrehmoments auf die Ausgangswellen mittels einer elektrischen Maschine einstellbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
DE 10 2015 205 101 A1 bekannt. Diese beschreibt ein Getriebe zur bedarfsweisen Aufteilung eines Antriebsdrehmoments zwischen einer ersten und einer zweiten Welle oder Achse eines Fahrzeugs, das eine erste Antriebswelle, eine erste Abtriebswelle und eine zweite Abtriebswelle sowie ein Ausgleichsdifferential mit einem Eingangselement, einem ersten Ausgangselement und einem zweiten Ausgangselement sowie ein Überlagerungsgetriebe mit einem von der ersten Antriebswelle angetriebenen Eingangselement, einem ersten Ausgangselement und einem zweiten Ausgangselement umfasst.
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Das erste Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials ist antriebswirksam mit der ersten Abtriebswelle des Getriebes verbunden oder verbindbar, wohingegen das zweite Ausgangselement des Ausgangsdifferentials antriebswirksam mit der zweiten Abtriebswelle des Getriebes verbunden oder verbindbar ist. Das erste Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes ist antriebswirksam mit der ersten Abtriebswelle verbunden, wohingegen das zweite Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes antriebswirksam mit dem Eingangselement des Ausgleichsdifferentials verbunden ist.
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Weiterhin beschreibt die Druckschrift
DE 10 2014 103 485 A1 eine Achsenanordnung mit einem Motor, einer Differentialanordnung, einem Gehäuse, einem Getriebe und einem Untersetzungszahnradsatz. Das Getriebe umfasst einen ersten und einen zweiten Planetenzahnradsatz, die zugeordnete Hohlräder, Planetenräder und Sonnenräder umfassen. Der erste Planetenträger ist mit einem Differentialträger der Differentialanordnung für eine gemeinsame Drehung gekoppelt. Das zweite Hohlrad ist mit dem Gehäuse drehfest gekoppelt. Der zweite Planetenträger ist mit dem zweiten Differentialausgang für eine gemeinsame Drehung gekoppelt. Das zweite Sonnenrad ist mit dem ersten Sonnenrad für eine gemeinsame Drehung gekoppelt. Der Untersetzungszahnradsatz ist zwischen einer Ausgangswelle des Motors und dem ersten Hohlrad angeordnet und umfasst ein erstes Zahnrad, das mit der Ausgangswelle für eine gemeinsame Drehung gekoppelt ist, das mit dem ersten Hohlrad für eine gemeinsame Drehung gekoppelt ist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere ein in einer Vielzahl von unterschiedlichen Betriebsbedingungen zuverlässiges Betreiben einer Torque-Vectoring-Getriebeeinrichtung ermöglicht.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben einer Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass aus einem Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs eine Drehzahlgröße ermittelt und eine Istdrehzahl der elektrischen Maschine anhand der Drehzahlgröße geregelt wird.
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Die Getriebeeinrichtung kommt vorzugsweise für das Kraftfahrzeug zum Einsatz und bildet beispielsweise einen Bestandteil einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs. Die Antriebseinrichtung dient dem Antreiben des Kraftfahrzeugs und insoweit dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Antriebsdrehmoments. Das Antriebsdrehmoment wird von wenigstens einem Antriebsaggregat der Antriebseinrichtung bereitgestellt und über die Getriebeeinrichtung an wenigstens eine Radachse des Kraftfahrzeugs übertragen. Hierzu ist das wenigstens eine Antriebsaggregat mit der Eingangswelle der Getriebeeinrichtung gekoppelt oder zumindest koppelbar. Beispielsweise ist das Antriebsaggregat über eine Schaltkupplung, insbesondere eine Anfahrkupplung, und/oder ein Schaltgetriebe an die Eingangswelle angeschlossen.
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Die Eingangswelle ist über das Differentialgetriebe mit den beiden Ausgangswellen gekoppelt, nämlich permanent. Die Ausgangswellen wiederum sind beispielsweise an unterschiedliche Radachsen des Kraftfahrzeugs oder an unterschiedliche Räder derselben Radachse angeschlossen. In ersterem Fall arbeitet die Getriebeeinrichtung als Mittendifferentialgetriebeeinrichtung, wohingegen sie in dem an zweiter Stelle genannten Fall als Achsdifferentialgetriebeeinrichtung vorliegt. Im Falle der Mittendifferentialgetriebeeinrichtung sind beispielsweise die Ausgangswellen jeweils über eine weitere Getriebeeinrichtung, welche dann als Achsdifferentialgetriebe arbeitet, an die Räder der jeweiligen Radachse angeschlossen. Die weiteren Getriebeeinrichtungen können, müssen jedoch nicht, analog zu der im Rahmen dieser Beschreibung erläuterten Getriebeeinrichtung ausgestaltet sein.
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Die Getriebeeinrichtung ermöglicht die Aufteilung des an der Eingangswelle bereitgestellten Drehmoments, welches auch als Eingangsdrehmoment bezeichnet werden kann und beispielsweise dem Antriebsdrehmoment der Antriebseinrichtung entspricht. Aufgrund der Kopplung der Eingangswelle mit den Ausgangswellen über das Differentialgetriebe liegt an den Ausgangswellen jeweils ein Ausgangsdrehmoment an, nämlich für eine erste der Ausgangswellen ein erstes Ausgangsdrehmoment und für eine zweite der Ausgangswellen ein zweites Ausgangsdrehmoment. Die Verteilung des Eingangsdrehmoments auf das erste Ausgangsdrehmoment und das zweite Ausgangsdrehmoment ist mittels der elektrischen Maschine einstellbar. Die Getriebeeinrichtung liegt entsprechend als sogenannte „Torque-Vectoring-Getriebeeinrichtung“ vor.
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Beispielsweise ist die elektrische Maschine über ein Überlagerungsgetriebe sowohl mit der ersten Ausgangswelle als auch mit der zweiten Ausgangswelle verbunden. Bevorzugt ist das Überlagerungsgetriebe als Umlaufrädergetriebe ausgestaltet und verfügt insoweit über drei Überlagerungsgetriebeelemente, nämlich ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Umlaufradträger. An dem Umlaufradträger ist wenigstens ein Umlaufrad beziehungsweise Planetenrad drehbar gelagert. Das Umlaufrad kämmt einerseits mit dem Hohlrad und andererseits mit dem Sonnenrad. Es ist nun vorgesehen, dass die elektrische Maschine und die beiden Ausgangswellen mit unterschiedlichen Getriebeelementen der Getriebeelemente des Überlagerungsgetriebes gekoppelt sind, vorzugsweise jeweils starr und/oder permanent.
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Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zwischen dem jeweiligen Getriebeelement und der jeweiligen Ausgangswelle eine Schaltkupplung angeordnet ist, wobei in einer ersten Schaltstellung der Schaltkupplung das Getriebeelement und die Ausgangswelle vorzugsweise starr miteinander verbunden und in einer zweiten Schaltstellung voneinander entkoppelt sind. Auch andere Ausgestaltungen der Getriebeeinrichtung sind grundsätzlich möglich, solange sie die Aufteilung des Eingangsdrehmoments auf die Ausgangswellen mittels der elektrischen Maschine ermöglichen. Selbstverständlich kann auch mehr als eine elektrische Maschine für diese Aufteilung vorgesehen sein.
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Bei einem offenen Differentialgetriebe wird das an der Eingangswelle bereitgestellte Eingangsdrehmoment entsprechend des über die Räder des Kraftfahrzeugs absetzbaren Drehmoments auf die Ausgangswellen verteilt. Kann über eine der Ausgangswellen weniger als die Hälfte des Eingangsdrehmoments abgesetzt werden, wird von dem Differentialgetriebe auch das Ausgangsdrehmomentan der jeweils anderen der Ausgangswellen reduziert. Der nicht über die Ausgangswellen absetzbare Teil des Eingangsdrehmoments führt zu einem Drehzahlanstieg an einer der Ausgangswellen oder an beiden Ausgangswellen.
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Letztendlich ist dadurch in Summe maximal das Doppelte des kleineren über die Ausgangswellen absetzbaren Ausgangsdrehmoments für den Vortrieb des Kraftfahrzeugs nutzbar. Kann über eine der Ausgangswellen kein Drehmoment abgesetzt werden, beispielsweise weil das wenigstens eine mit der Ausgangswelle gekoppelte Rad auf Untergrund mit geringem Reibwert steht, so kann das Kraftfahrzeug kein Drehmoment über die Räder an den Untergrund absetzen, auch wenn das wenigstens eine mit der jeweils anderen der Ausgangswelle gekoppelte Rad hierzu durchaus in der Lage wäre. Letztendlich wird lediglich ein Drehzahlanstieg der Ausgangswelle oder der Ausgangswellen bewirkt.
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Aus diesem Grund kann beispielsweise dem Differentialgetriebe eine mechanische Differentialsperre zugeordnet sein. Mit dieser kann das Differentialgetriebe mechanisch gesperrt werden. Hierdurch wird die Differentialwirkung des Differentialgetriebes aufgehoben, sodass die beiden Ausgangswellen jeweils unmittelbar und starr mit der Eingangswelle gekoppelt sind. Entsprechend weisen die Ausgangswellen dieselbe Drehzahl auf, wenn die Differentialsperre aktiviert wird. Über beide Ausgangswellen wird automatisch das maximal mögliche Drehmoment abgesetzt.
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Bei einer solchen einfachen mechanischen Differentialsperre kann jedoch während einer Kurvenfahrt ein Verspannen der Ausgangswellen gegeneinander auftreten, nämlich insbesondere falls die Getriebeeinrichtung als Achsdifferentialgetriebeeinrichtung vorliegt. In diesem Fall sind die Räder, die mit den Ausgangswellen verbunden sind, unterschiedlichen Fahrspuren zugeordnet. Bei der Kurvenfahrt müsste ein kurvenäußeres der Räder schneller drehen als ein kurveninneres. Aufgrund der aktivierten Differentialsperre sind ihre Drehzahlen jedoch gleich.
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Mithilfe der erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung soll nun der Vorteil der mechanischen Differentialsperre, nämlich das Absetzen des maximal möglichen Drehmoments, nachgebildet werden, ohne gleichzeitig dessen Nachteile, nämlich das Verspannen während der Kurvenfahrt, zu übernehmen. Hierzu können beispielsweise die Drehzahlen der Ausgangswellen ermittelt und anschließend die elektrische Maschine zum Ausgleichen eines eventuell vorhandenen Drehzahlunterschieds zwischen den Drehzahlen angesteuert werden. Hierzu ist beispielsweise ein Drehzahlregler vorgesehen, welcher die Drehzahldifferenz zwischen den Drehzahlen der Ausgangswellen auf Null regelt. Solange das mittels der elektrischen Maschine darstellbare Drehmoment ausreichend ist, verhält sich die Getriebeeinrichtung analog zu einer Getriebeeinrichtung mit einer mechanischen Differentialsperre.
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Weil sich die zwischen den Rädern des Kraftfahrzeugs und dem Untergrund vorliegenden Reibwerte sehr schnell ändern können, muss eine solche Drehzahlregelung der elektrischen Maschine äußerst schnell erfolgen, um das Verhalten der mechanischen Differentialsperre möglichst gut nachzubilden. Dies kann teilweise nicht umgesetzt werden.
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Aus diesem Grund ist es - alternativ oder zusätzlich - vorgesehen, aus dem Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs die Drehzahlgröße zu ermitteln und die Istdrehzahl der elektrischen Maschine anhand der Drehzahlgröße zu regeln. Es ist also gerade nicht vorgesehen, aus den Drehzahlen der Ausgangswellen die Drehzahldifferenz zu ermitteln und die elektrische Maschine anhand der Drehzahldifferenz zu regeln. Vielmehr wird zunächst in einem ersten Schritt die Drehzahlgröße ermittelt, nämlich aus dem Lenkwinkel. In anderen Worten liegt die Drehzahlgröße als unmittelbare Funktion des Lenkwinkels vor, insbesondere als ausschließlich von dem Lenkwinkel abhängige Funktion.
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Das Ermitteln der Drehzahlgröße aus dem Lenkwinkel kann grundsätzlich auf beliebige Art und Weise erfolgen. Insbesondere erfolgt das Ermitteln unter Verwendung einer mathematischen Beziehung, einer Tabelle oder eines Kennfelds. Das Ermitteln erfolgt dabei derart, dass bei einem bei einer Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs entsprechenden Lenkwinkel die Istdrehzahl der elektrischen Maschine einer Drehzahl entspricht, bei welcher das Eingangsdrehmoment gleichmäßig auf die Ausgangswelle verteilt wird, also zu gleichen Teilen.
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Nach dem Ermitteln der Drehzahlgröße wird die Drehzahlregelung der elektrischen Maschine durchgeführt. Hierzu wird die Istdrehzahl anhand der Drehzahlgröße geregelt. Beispielsweise liegt die Drehzahlgröße in Form eines Drehzahlwerts vor. In diesem Fall wird die Istdrehzahl auf diesen Drehzahlwert geregelt.
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Die beschriebene Vorgehensweise hat den Vorteil, dass ein langsamer, auf den Drehzahlen der Ausgangswellen basierender Regelkreis entfällt. Vielmehr wird die der Drehzahlregelung der elektrischen Maschine zugrunde liegende Drehzahlgröße unmittelbar berechnet, nämlich aus dem Lenkwinkel. Entsprechend kann eine äußerst schnelle Drehzahlregelung der elektrischen Maschine erfolgen, wodurch die Funktionalität der mechanischen Differentialsperre mit hoher Genauigkeit nachgebildet wird.
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Mithilfe des beschriebenen Verfahrens wird insoweit sichergestellt, dass auch bei stark unterschiedlichen Reibwerten zwischen den Rädern des Kraftfahrzeugs und dem Untergrund stets das maximal mögliche Drehmoment abgesetzt werden kann, sodass ein effektives Beschleunigen beziehungsweise Verzögern des Kraftfahrzeugs erfolgt. Aufgrund der Einbeziehung des Lenkwinkels in die Drehzahlregelung in Form der Drehzahlgröße wird zudem das bei der mechanischen Differentialsperre auftretende Verspannen der beiden Ausgangswellen gegeneinander zuverlässig verhindert. Schlussendlich ermöglicht das beschriebene Verfahren einen äußerst komfortablen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Drehzahlgröße von einem Zentralsteuergerät der Getriebeeinrichtung ermittelt und über eine Kommunikationsverbindung an ein die Istdrehzahl regelndes Maschinensteuergerät der elektrischen Maschine übermittelt wird. Die Getriebeeinrichtung weist also zwei unterschiedliche Steuergeräte, nämlich das Zentralsteuergerät und das Maschinensteuergerät, auf.
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Im Falle der Drehzahlregelung anhand der Drehzahlen der Ausgangswellen wird die Drehzahldifferenz üblicherweise in dem Zentralsteuergerät erfasst. Das Zentralsteuergerät berechnet aus den Drehzahlen beziehungsweise der Drehzahldifferenz ein Solldrehmoment für die elektrische Maschine und übermittelt dieses Solldrehmoment an das Maschinensteuergerät, welches schlussendlich ein von der elektrischen Maschine erzeugtes Istdrehmoment auf das Solldrehmoment einstellt.
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Das Übermitteln des Solldrehmoments erfolgt über die Kommunikationsverbindung. Hieraus ergibt sich eine deutliche Verzögerung zwischen dem Erfassen der Drehzahlen der Ausgangswellen einerseits und dem Einstellen der elektrischen Maschine auf das Solldrehmoment andererseits, sodass die Funktionalität der mechanischen Differentialsperre nicht vollständig umgesetzt ist.
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Aus diesem Grund soll nun das Zentralsteuergerät die Drehzahlgröße unmittelbar aus dem Lenkwinkel ermitteln und die Drehzahlgröße über die Kommunikationsverbindung an das Maschinensteuergerät übermitteln. Der Lenkwinkel und mithin die Drehzahlgröße ändern sich üblicherweise vergleichsweise langsam, sodass sich die Übermittlung über die Kommunikationsverbindung nicht nachteilig auswirkt. Das Regeln der Istdrehzahl der elektrischen Maschine erfolgt mithilfe des Maschinensteuergeräts, und zwar anhand der Drehzahlgröße. Trotz der vergleichsweise langsamen Kommunikationsverbindung, welche beispielsweise über einen Bus, insbesondere einen CAN-Bus, vorliegt, kann die Funktionalität der mechanischen Differentialsperre mit hoher Genauigkeit abgebildet werden.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass als Drehzahlgröße ein Drehzahlwert oder ein Drehzahlband oder während einer Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs das Drehzahlband und während einer Kurvenfahrt der Drehzahlwert verwendet wird. Unter dem Drehzahlwert ist eine konkrete Drehzahl zu verstehen, wohingegen das Drehzahlband einen Drehzahlbereich beschreibt. Das Drehzahlband wird nach unten von einer Minimaldrehzahl und nach oben von einer Maximaldrehzahl begrenzt.
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Wird als Drehzahlgröße der Drehzahlwert verwendet, so wird die Istdrehzahl der elektrischen Maschine stets genau auf den Drehzahlwert geregelt. Bei der Verwendung des Drehzahlbands als Drehzahlgröße ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Istdrehzahl lediglich dann regelnd eingestellt wird, sofern sie außerhalb des Drehzahlbands liegt. Liegt also die Istdrehzahl außerhalb des Drehzahlbands, so wird sie beispielsweise auf die Minimaldrehzahl oder die Maximaldrehzahl geregelt, je nachdem, welche näher liegt.
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Die Verwendung des Drehzahlbands ist insbesondere während der Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs sinnvoll, weil kleinere Drehzahlunterschiede zwischen den Ausgangswellen zugelassen werden, sodass die Istdrehzahl der elektrischen Maschine nicht permanent unter Energieeinsatz nachgeregelt wird. Hierdurch wird die Energieeffizienz der Getriebeeinrichtung verbessert.
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Während der Kurvenfahrt kann es hingegen sinnvoll sein, den Drehzahlwert zu bevorzugten, weil tatsächlich eine gezielte Drehmomentaufteilung des Eingangsdrehmoments auf die Ausgangswellen erfolgen soll. Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist es daher vorgesehen, während der Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs das Drehzahlband und während der Kurvenfahrt den Drehzahlwert als Drehzahlgröße zu verwenden.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Drehzahlband nach unten von einer Minimaldrehzahl und nach oben von einer Maximaldrehzahl begrenzt wird, die voneinander verschieden sind und betragsmäßig dieselbe Differenz zu dem Drehzahlwert aufweisen. In anderen Worten liegen die Minimaldrehzahl und die Maximaldrehzahl symmetrisch zu dem Drehzahlwert vor. Die Minimaldrehzahl ergibt sich aus dem Drehzahlwert abzüglich der Differenz und die Maximaldrehzahl aus dem Drehzahlwert zuzüglich der Differenz. Das Drehzahlband verschiebt sich also zusammen mit dem Drehzahlwert.
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Beispielsweise ist es nun vorgesehen, aus dem Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs zunächst den Drehzahlwert zu ermitteln und aus diesem nachfolgend die Minimaldrehzahl und die Maximaldrehzahl des Drehzahlbands zu berechnen. Bei einer derartigen Vorgehensweise kann das Drehzahlband auch während der Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs als Drehzahlgröße zum Durchführen der Drehzahlregelung der elektrischen Maschine herangezogen werden.
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Die Differenz zwischen dem Drehzahlwert und der Maximaldrehzahl beziehungsweise der Minimaldrehzahl kann beispielsweise in Abhängigkeit von wenigstens einer Zustandsgröße des Kraftfahrzeugs ermittelt werden, beispielsweise in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder der Drehzahl der Eingangswelle. Mit einer derartigen Vorgehensweise wird auch im Rahmen der Kurvenfahrt der bereits erwähnte energieeffiziente Betrieb der Getriebeeinrichtung realisiert.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Regeln das Bestimmen eines Solldrehmoments und das Einstellen des Solldrehmoments an der elektrischen Maschine umfasst. Im Rahmen der Drehzahlregelung der elektrischen Maschine dienen insoweit die Istdrehzahl und die Drehzahlgrö-βe als Eingangsgrößen. Als Ausgangsgröße der Drehzahlregelung ergibt sich das Solldrehmoment, welches wiederum an der elektrischen Maschine eingestellt wird.
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Die elektrische Maschine wird nun derart betrieben, vorzugsweise steuernd und/oder regelnd, dass das von ihr bereitgestellte Istdrehmoment dem Solldrehmoment entspricht. Die Drehzahlregelung der elektrischen Maschine und mithin das Bestimmen des Solldrehmoments erfolgt bevorzugt mithilfe des Maschinensteuergeräts. Das Maschinensteuergerät umfasst beispielsweise eine Leistungselektronik der elektrischen Maschine, sodass eine sehr schnelle Reaktionszeit realisiert ist.
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Eine bevorzugte weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Solldrehmoment vor dem Einstellen an der elektrischen Maschine nach unten mit einem Minimaldrehmoment und/oder nach oben mit einem Maximaldrehmoment begrenzt wird. In anderen Worten wird eine Limitierung des Solldrehmoments unter Verwendung des Minimaldrehmoments und/oder des Maximaldrehmoments durchgeführt. Ist das Solldrehmoment kleiner als das Minimaldrehmoment, so wird es auf das Minimaldrehmoment gesetzt. Zusätzlich oder alternativ wird das Solldrehmoment auf das Maximaldrehmoment gesetzt, sofern das Solldrehmoment größer ist als dieses Maximaldrehmoment.
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Erst nach diesem Begrenzen wird das Solldrehmoment an der elektrischen Maschine eingestellt beziehungsweise diese zum Bereitstellen eines dem Solldrehmoment entsprechenden Istdrehmoments angesteuert. Das Begrenzen beziehungsweise Limitieren des Solldrehmoments hat zunächst den Vorteil, dass ein auf das Kraftfahrzeug wirkendes Giermoment auf einen sicheren Wert begrenzt wird. Hierzu können das Minimaldrehmoment und/oder das Maximaldrehmoment anhand wenigstens einer Zustandsgröße des Kraftfahrzeugs vorgenommen werden, beispielsweise in Abhängigkeit von einer Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Minimaldrehmoment und/oder das Maximaldrehmoment an dem Maschinensteuergerät eingestellt werden/wird und das Begrenzen von dem Maschinensteuergerät durchgeführt wird. Bevorzugt werden also das Minimaldrehmoment und/oder das Maximaldrehmoment von dem Zentralsteuergerät festgelegt und an dem Maschinensteuergerät eingestellt beziehungsweise über die Kommunikationsverbindung an das Maschinensteuergerät übermittelt. Das Begrenzen des Solldrehmoments auf das Minimaldrehmoment und/oder das Maximaldrehmoment wird schlussendlich von dem Maschinensteuergerät durchgeführt, sodass die bereits erwähnte hohe Regelgeschwindigkeit realisiert ist.
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Eine weitere, besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass während der Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs das Minimaldrehmoment und das Maximaldrehmoment voneinander verschieden und betragsmäßig gleich gewählt werden und/oder während der Kurvenfahrt das Minimaldrehmoment und das Maximaldrehmoment jeweils größer als Null oder kleiner als Null gewählt werden. In anderen Worten weisen das Minimaldrehmoment und das Maximaldrehmoment während der Geradeausfahrt denselben Betrag, also denselben Absolutwert, auf, verfügen jedoch über verschiedene Vorzeichen. Insbesondere ist das Minimaldrehmoment negativ und das Maximaldrehmoment positiv. Auf diese Art und Weise wird ein übermäßiger Eingriff in die Drehmomentverteilung des Eingangsdrehmoments auf die Ausgangswellen mittels der elektrischen Maschine zuverlässig verhindert.
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Während der Kurvenfahrt hingegen kann es vorgesehen sein, das Eingangsdrehmoment gezielt an ein kurvenäußeres Rad zu übertragen, sodass schlussendlich eine höhere Agilität des Kraftfahrzeugs erzielt wird. Diese Übertragung erfolgt derart, dass das Minimaldrehmoment und das Maximaldrehmoment auf voneinander verschiedene Werte gesetzt werden, jedoch gleichzeitig dasselbe Vorzeichen aufweisen. Entsprechend sind das Minimaldrehmoment und das Maximaldrehmoment entweder beide positiv oder beide negativ.
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Schließlich kann im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass eine Regelfrequenz für das Regeln größer gewählt wird als eine Ermittlungsfrequenz, mit welcher die Drehzahlgröße ermittelt wird. Die Drehzahlregelung der elektrischen Maschine wird insoweit unter Verwendung der Regelfrequenz durchgeführt. Die Ermittlung der Drehzahlgröße aus dem Lenkwinkel kann dagegen mit geringerer Frequenz durchgeführt werden, nämlich mit der Ermittlungsfrequenz, die kleiner ist als die Regelfrequenz. Vorzugsweise ist die Regelfrequenz deutlich höher als die Ermittlungsfrequenz, beispielsweise um einen Faktor von mindestens 10, mindestens 100 oder mindestens 1000.
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Unter der Ermittlungsfrequenz kann diejenige Frequenz verstanden, mit welcher die Drehzahlgröße über die Kommunikationsverbindung an das Maschinensteuergerät übermittelt wird. In anderen Worten arbeitet das Zentralsteuergerät bei der Ermittlungsfrequenz, insbesondere berechnet es die Drehzahlgröße mit dieser Frequenz oder überträgt die Drehzahlgröße mit dieser Frequenz über die Kommunikationsverbindung an das Maschinensteuergerät. Das Maschinensteuergerät arbeitet hingegen bei der Regelfrequenz oder nimmt zumindest die Drehzahlregelung der elektrischen Maschine mit der Regelfrequenz vor. Auf diese Art und Weise wird eine sehr hohe Reaktionsgeschwindigkeit erzielt, sodass mithilfe der elektrischen Maschine das vorteilhafte Verhalten der mechanischen Differentialsperre sehr genau nachgebildet wird.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei die Getriebeeinrichtung über eine Eingangswelle und zwei mit der Eingangswelle über ein Differentialgetriebe gekoppelte Ausgangswellen verfügt, und eine Aufteilung eines an der Eingangswelle bereitgestellten Eingangsdrehmoment auf die Ausgangswellen mittels einer elektrischen Maschine einstellbar ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Getriebeeinrichtung dazu ausgebildet ist, aus einem Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs eine Drehzahlgröße zu ermitteln und eine Istdrehzahl der elektrischen Maschine anhand der Drehzahlgröße zu regeln.
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Auf die Vorteile einer derartigen Vorgehensweise beziehungsweise einer derartigen Ausgestaltung der Getriebeeinrichtung wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Getriebeeinrichtung als auch das Verfahren zu ihrem Betrieben können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige
- Figur eine schematische Darstellung einer Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Zentralsteuergerät und einem Maschinensteuergerät.
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Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Getriebeeinrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug. Die Getriebeeinrichtung 1 verfügt über eine hier nicht dargestellte Eingangswelle und zwei mit der Eingangswelle über ein Differentialgetriebe gekoppelte Ausgangswellen. Eine Aufteilung eines an der Eingangswelle bereitgestellten Eingangsdrehmoments auf die Ausgangswellen ist mittels einer elektrischen Maschine einstellbar. Hierbei ist es vorgesehen, dass aus einem Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs eine Drehzahlgröße ermittelt und eine Istdrehzahl der elektrischen Maschine anhand der Drehzahlgröße ermittelt wird.
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Das Ermitteln der Drehzahlgröße erfolgt mithilfe eines Zentralsteuergeräts 2 der Getriebeeinrichtung. Nach dem Ermitteln der Drehzahlgröße übermittelt das Zentralsteuergerät 2 diese über eine Kommunikationsverbindung 3 an ein Maschinensteuergerät 4, welches der elektrischen Maschine zugeordnet ist. Beispielsweise verfügt das Maschinensteuergerät 4 über eine Leistungselektronik zur Ansteuerung der elektrischen Maschine, beispielsweise über einen Wechselrichter, insbesondere über einen Phasenwechselrichter.
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Das Maschinensteuergerät 4 dient der Durchführung einer Drehzahlregelung der elektrischen Maschine. Diese Drehzahlregelung erfolgt unter Verwendung der Drehzahlgröße sowie einer Istdrehzahl der elektrischen Maschine. Es kann vorgesehen sein, dass die Drehzahlgröße in Form eines Drehzahlwerts vorliegt. Alternativ und bevorzugt ist jedoch die Verwendung eines Drehzahlbands, welches nach unten von einer Minimaldrehzahl und nach oben von einer Maximaldrehzahl begrenzt wird. Die Übertragung der Minimaldrehzahl ist durch den Pfeil 5 und die Übertragung der Maximaldrehzahl durch den Pfeil 6 angedeutet.
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Im Rahmen der Drehzahlregelung der elektrischen Maschine ermittelt das Maschinensteuergerät aus der Drehzahlgröße ein Solldrehmoment und stellt dieses an der elektrischen Maschine ein beziehungsweise steuert die elektrische Maschine derart an, dass das von der elektrischen Maschine bereitgestellte Istdrehmoment dem Solldrehmoment entspricht. Es kann vorgesehen sein, dass das Zentralsteuergerät zusätzlich zu dem Drehzahlband beziehungsweise der Minimaldrehzahl und der Maximaldrehzahl ein Minimaldrehmoment und ein Maximaldrehmoment bereitstellt und ebenfalls über die Kommunikationsverbindung 3 an das Maschinensteuergerät 4 übermittelt. Die Übertragung des Minimaldrehmoments ist durch den Pfeil 7 und die Übertragung des Maximaldrehmoments durch den Pfeil 8 angedeutet.
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Vor dem Einstellen des Solldrehmoments an der elektrischen Maschine wird das Solldrehmoment nach unten mit dem Minimaldrehmoment und/oder nach oben mit dem Maximaldrehmoment begrenzt. Erst anschließend wird die elektrische Maschine derart eingestellt, dass das von ihr bereitgestellte Istdrehmoment dem Solldrehmoment entspricht. Bevorzugt sind das Minimaldrehmoment und das Maximaldrehmoment voneinander verschieden. Bei einer Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs können sie jedoch betragsmäßig gleich gewählt werden, also sich lediglich durch das Vorzeichen voneinander unterscheiden. Während einer Kurvenfahrt hingegen können das Minimaldrehmoment und das Maximaldrehmoment jeweils größer als Null oder kleiner als Null gewählt werden. Vorzugsweise sind sie jedoch weiterhin voneinander verschieden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Minimaldrehmoment und das Maximaldrehmoment einander entsprechen.
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Es ist nun vorgesehen, dass das Ermitteln der Drehzahlgröße aus dem Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs in dem Zentralsteuergerät mit einer Ermittlungsfrequenz erfolgt. Vorzugsweise wird die Drehzahlgröße über die Kommunikationsverbindung 3 mit einer Übertragungsfrequenz übertragen, welche der Ermittlungsfrequenz entspricht. Das Durchführen der Drehzahlregelung der elektrischen Maschine durch das Maschinensteuergerät 4 erfolgt hingegen mit einer Regelfrequenz, welche größer ist als die Ermittlungsfrequenz und/oder die Übertragungsfrequenz. Unter der Regelfrequenz ist vorzugsweise die Frequenz einer Pulsweitenmodulation zu verstehen, mit welcher ein Wechselrichter, insbesondere ein Pulswechselrichter, der elektrischen Maschine, welcher beispielsweise Bestandteil des Maschinensteuergeräts 4 ist, angesteuert wird.
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Mit der beschriebenen Vorgehensweise ist eine „Torque-Vectoring“-Getriebeeinrichtung realisiert, mit welcher ein sehr hoher Fahrkomfort des Kraftfahrzeugs realisiert ist, weil die Vorteile einer mechanischen Differentialsperre mit hoher Genauigkeit abgebildet werden, ohne jedoch ihre Nachteile ebenfalls zu übernehmen. Insbesondere ist sowohl ein zuverlässiges Übertragen eines an der Eingangswelle bereitgestellten Eingangsdrehmoments auf die Ausgangswelle als auch die Vermeidung einer Verspannung zwischen den Ausgangswellen aufgrund einer starren Kopplung zwischen ihnen möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015205101 A1 [0002]
- DE 102014103485 A1 [0004]
