DE102020104837B3

DE102020104837B3 - Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugtriebstrangs und Kraftfahrzeugtriebstrang

Info

Publication number: DE102020104837B3
Application number: DE102020104837.8A
Authority: DE
Inventors: Stefan Hebling
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2021-03-18
Anticipated expiration: 2040-02-26

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugtriebstrangs (1) mit einer Differentialgetriebeeinrichtung (2) mit einem Differentialgetriebe (3) und einer mittels Stellmitteln (14) ansteuerbaren Sperreinrichtung (4) zum gezielten Anpassen der Ausgleichswirkung des Differentialgetriebes (3). Die Differentialgetriebeeinrichtung (2) umfasst eine Eingangswelle und zwei Ausgangswellen (22, 32). Mit der Sperreinrichtung (4) wird in einem Zugbetrieb des Kraftfahrzeugtriebstrangs (1) eine gleiche oder gezielt ungleiche Momentverteilung auf die Ausgangswellen (22, 32) eingestellt. Mit der Sperreinrichtung (4) wird in einem Schubbetrieb des Kraftfahrzeugtriebstrangs (1) eine gleiche oder gezielt ungleiche Momentverteilung auf die Ausgangswellen (22, 32) eingestellt. Für die Ansteuerung der Sperreinrichtung (4) wird berücksichtigt, ob der Schubbetrieb oder der Zugbetrieb vorliegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugtriebstrangs mit wenigstens einer Differentialgetriebeeinrichtung mit wenigstens einem Differentialgetriebe. Die Differentialgetriebeeinrichtung weist wenigstens eine mittels Stellmitteln ansteuerbare Sperreinrichtung zum gezielten Anpassen der Ausgleichswirkung des Differentialgetriebes auf und umfasst wenigstens eine Eingangswelle und wenigstens zwei Ausgangswellen.
Ein derartiger Kraftfahrzeugtriebstrang ist beispielsweise aus der DE 103 42 164 B4 bekannt. In der Regel ist dabei die Sperreinrichtung, auch als Quersperre bezeichnet, in einem Differentialgehäuse angeordnet, über den der Drehzahlausgleich bei Kurvenfahrt stattfindet. Für den Komfortfahrbetrieb ist meist wenig bis kein Sperrmoment der Quersperre notwendig, da Kurvenfahrten störungsfrei und ohne Verspannungsneigungen darstellbar sein sollen.
Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der DE 10 2017 011 760 A1 und aus der DE 10 2014 118 407 A1 bekannt.
Bei performanter bzw. sportlicher Fahrweise entsteht bei Kurvenfahrt eine Entlastung des kurveninneren Rades und somit weniger Aufstandskraft und daraus resultierend weniger übertragbares Antriebsmoment. Bei Fahrzeugen mit offenem Differential (Differential ohne Quersperre) wird in der Regel ein Radabriss (Hochdrehen des kurveninneren Rades) durch Bremseneingriff minimiert. Allerdings geht dadurch Leistung verloren. Mit einer geregelten Quersperre wird in der Regel zwar auch der Radabriss verhindert, allerdings nicht durch ein externes System (z. B. Radbremse) sondern durch die Kopplung mittels der Quersperre, wodurch eine deutlich höhere Leistungsfähigkeit bzw. Performance darstellbar ist.
Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Fahrverhalten und insbesondere eine leistungsorientierte Fahrweise eines solchen Kraftfahrzeugtriebstrangs für möglichst viele Fahrsituationen weiter zu verbessern. Zugleich soll vorzugsweise eine Verbesserung in Hinblick auf den Einsatz in Elektrofahrzeugen oder auch Hybridfahrzeugen erzielt werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ein erfindungsgemäßer Kraftfahrzeugtriebstrang ist Gegenstand des Anspruchs 13. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betreiben eines Kraftfahrzeugtriebstrangs mit wenigstens einer Differentialgetriebeeinrichtung mit wenigstens einem Differentialgetriebe. Die Differentialgetriebeeinrichtung umfasst wenigstens eine mittels Stellmitteln ansteuerbare Sperreinrichtung zum gezielten Anpassen, insbesondere Einschränken und Freigeben, der Ausgleichswirkung des Differentialgetriebes. Die Differentialgetriebeeinrichtung umfasst wenigstens eine Eingangswelle und wenigstens zwei Ausgangswellen. Die zwei Ausgangswellen umfassen insbesondere wenigstens eine rechte Ausgangswelle und wenigstens eine linke Ausgangswelle. Mittels der Sperreinrichtung wird in einem Zugbetrieb des Kraftfahrzeugtriebstrangs eine gleiche oder gezielte ungleiche Momentverteilung auf die Ausgangswellen eingestellt. Der Zugbetrieb umfasst insbesondere eine Beschleunigung und/oder ein Halten einer Fahrgeschwindigkeit. Mittels der Sperreinrichtung wird in einem Schubbetrieb des Kraftfahrzeugtriebstrangs eine gleiche oder gezielte ungleiche Momentverteilung auf die Ausgangswellen eingestellt. Für die Ansteuerung der Sperreinrichtung wird berücksichtigt, ob der Schubbetrieb oder der Zugbetrieb vorliegt. Insbesondere wird die Sperreinrichtung auch im Zugbetrieb gezielt angesteuert. Dabei wird bei der Ansteuerung der Sperreinrichtung sowohl im Zugbetrieb als auch im Schubbetrieb wenigstens ein Kompensationsfaktor zur Kompensation eines asymmetrischen Aufbaus der Differentialgetriebeeinrichtung berücksichtigt. Dadurch wird ein unerwünschtes asymmetrisches Verhalten der Differentialgetriebeeinrichtung im Zugbetrieb und Schubbetrieb wenigstens näherungsweise ausgeglichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet viele Vorteile. Einen erheblichen Vorteil bieten die Ansteuerung der Sperreinrichtung im Schubbetrieb und auch die Unterscheidung zwischen Schubbetrieb und Zugbetrieb bei der Ansteuerung der Sperreinrichtung. Dadurch werden die Vorteile des sperrbaren Differentialgetriebes auch im Schubbetrieb zuverlässig nutzbar. Durch die Erfindung wird im Schubbetrieb ein besonders sicheres und bei Bedarf auch ein besonders leistungsorientiertes bzw. sportliches Fahren möglich. Insgesamt ermöglicht die Erfindung ein erheblich verbessertes Fahrverhalten eines mit dem Kraftfahrzeugtriebstrang ausgestatteten Fahrzeugs.
Die Ansteuerung der Sperreinrichtung im Schubbetrieb erfolgt vorzugsweise gezielt unterschiedlich zu der Ansteuerung im Zugbetrieb. Das ermöglicht eine besonders gute Anpassung der Sperrwirkung an die speziellen Erfordernisse im Schubbetrieb. Insbesondere kann die Momentverteilung im Schubbetrieb gezielt unterschiedlich zu der Momentverteilung im Zugbetrieb eingestellt werden.
Im Schubbetrieb erfolgt vorzugsweise eine Rekuperation. Vorzugsweise wird dabei ein Schubmoment auf einen elektrischen Fahrantrieb übertragen. Der Fahrantrieb wird während der Rekuperation vorzugsweise als Generator betrieben. In einer solchen Ausgestaltung bietet die Erfindung besonders viele Vorteile, da ein solcher Fahrantrieb besonders hohe Schubmomente darstellen kann und die gezielte Ansteuerung der Sperreinrichtung im Schubbetrieb dadurch besonders entscheidend für das Fahrverhalten ist. Insbesondere wird durch die Ansteuerung der Sperreinrichtung auch während der Rekuperation eine Kurvenneutralität in Bezug auf ein asymmetrisches Verhalten der Differentialgetriebeeinrichtung gewährleistet. Durch die Erfindung sind auch bei hoher Rekuperationsleistung sportliche bzw. schwierige Fahrmanöver besonders sicher umsetzbar und besonders zuverlässig beherrschbar. Möglich ist auch eine Übertragung des Schubmoments auf andere geeignete Vorrichtungen zur Energierückgewinnung, beispielsweise auf einen anderen Generator zur Versorgung eines elektrischen Energiespeichers.
Erfindungsgemäß wird bei der Ansteuerung der Sperreinrichtung sowohl im Zugbetrieb als auch im Schubbetrieb wenigstens ein Kompensationsfaktor zur Kompensation eines asymmetrischen Aufbaus der Differentialgetriebeeinrichtung berücksichtigt. Erfindungsgemäß wird dadurch ein unerwünschtes asymmetrisches Verhalten der Differentialgetriebeeinrichtung im Zugbetrieb und Schubbetrieb wenigstens näherungsweise ausgeglichen. Das ermöglicht ein besonders gleichmäßiges Fahrverhalten im Schubbetrieb sowohl in Rechtskurven als auch in Linkskurven. Insbesondere wird der Kompensationsfaktor bei der Momentverteilung auf die Ausgangswellen einberechnet. Die Berücksichtigung des Kompensationsfaktors dient insbesondere dazu, dass im Schubbetrieb und auch im Zugbetrieb wenigstens näherungsweise ein symmetrisches Verhalten der Differentialgetriebeeinrichtung erfolgt.
Insbesondere ist die Sperreinrichtung einseitig vom Differentialgetriebe angeordnet. Insbesondere werden mittels des Kompensationsfaktors wenigstens die dadurch bedingten und von der Sperreinrichtung verursachten einseitigen Momentverluste kompensiert. Die Sperreinrichtung ist in Bezug zur Fahrzeuglängsachse vorzugsweise rechtsseitig oder in Ausgestaltungen linksseitig vom Differentialgetriebe angeordnet. Insbesondere ist die Sperreinrichtung an derjenigen Seite des Differentialgetriebes angeordnet, an welcher ein von der Eingangswelle angetriebenes Tellerrad nicht angeordnet ist. Das bietet eine besonders kompakte Bauweise.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden Beispiele zur Ansteuerung der Sperreinrichtung beschrieben, bei denen die Sperreinrichtung rechtsseitig vom Differentialgetriebe angeordnet ist. Ausgehend von diesen Beispielen kann eine umgekehrte Ansteuerung der Sperreinrichtung vorgesehen sein, wenn die Sperreinrichtung linksseitig vom Differentialgetriebe angeordnet ist.
Insbesondere umfasst die Sperreinrichtung wenigstens eine Kupplungseinrichtung oder ist als eine solche ausgebildet. Dabei kompensiert der Kompensationsfaktor insbesondere wenigstens die durch das Kupplungsmoment bedingten Momentverluste. Insbesondere berücksichtigt der Kompensationsfaktor das Kupplungsmoment. Insbesondere wird mittels des Kompensationsfaktors das Sperrmoment um das Kupplungsmoment reduziert. Das erfolgt insbesondere in den Fahrsituationen, in denen das Kupplungsmoment die Sperrwirkung verstärkt und insbesondere das Sperrmoment erhöht.
Die Kupplungseinrichtung ist insbesondere als eine Lamellenkupplung mit einer Vielzahl von Lamellen ausgebildet oder umfasst wenigstens eine solche. Das bietet eine besonders gezielt einstellbare Sperrwirkung. Die Kupplungseinrichtung wird insbesondere mittels Stellmittel gekoppelt. Möglich sind auch andere geeignete Arten von Sperreinrichtungen. Die Sperreinrichtung kann auch eine wenigstens teilweise selbstsperrende Wirkung aufweisen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Berücksichtigung des Kompensationsfaktors im Schubbetrieb seitenverkehrt zu der Berücksichtigung des Kompensationsfaktors im Zugbetrieb. Vorzugsweise ist dadurch eine im Zugbetrieb für die rechte Ausgangswelle vorgesehene Kompensation dann im Schubbetrieb für die linke Ausgangswelle vorgesehen. Es kann auch eine im Zugbetrieb für die linke Ausgangswelle vorgesehene Kompensation im Schubbetrieb für die rechte Ausgangswelle vorgesehen sein. Dadurch wird auch im Schubbetrieb ein vorteilhaftes Kurvenverhalten erreicht.
Es ist vorteilhaft und bevorzugt, dass bedingt durch den asymmetrischen Aufbau der Differentialgetriebeeinrichtung bei einem gegebenen Betätigungsmoment der Sperreinrichtung für die eine Ausgangswelle ein höheres Sperrmoment als für die andere Ausgangswelle bereitgestellt wird. Beispielsweise wird für die rechte Ausgangswelle ein höheres Sperrmoment als für die linke Ausgangswelle bereitgestellt. Möglich ist auch, dass für die linke Ausgangswelle ein höheres Sperrmoment als für die rechte Ausgangswelle bereitgestellt wird.
Dabei werden vorzugsweise die ungleichen Sperrmomente durch eine Reduzierung und/oder eine Erhöhung des vorgesehenen Betätigungsmoments kompensiert. Dabei wird die Reduzierung oder die Erhöhung des vorgesehenen Betätigungsmoments vorzugsweise wenigstens in Abhängigkeit davon vorgenommen, ob ein Schubbetrieb oder ein Zugbetrieb vorliegt. Vorzugsweise wird die Reduzierung oder die Erhöhung des vorgesehenen Betätigungsmoments auch wenigstens in Abhängigkeit davon vorgenommen, ob die rechte oder linke Ausgangswelle mit einer höheren (oder niedrigeren) Drehzahl dreht. Insbesondere wird die Ausgleichswirkung dann gesperrt, wenn eine der beiden Ausgangswellen eine um einen bestimmten Faktor höhere (oder niedrigere) Drehzahl aufweist. Die Reduzierung oder Erhöhung des geforderten Betätigungsmoments erfolgt insbesondere um ein bestimmtes Maß, welches vorzugsweise in der Steuereinrichtung hinterlegt ist oder aus Fahrdaten dynamisch berechnet wird. Die Reduzierung oder Erhöhung des geforderten Betätigungsmoments erfolgt insbesondere durch Einberechnung des Kompensationsfaktors.
Insbesondere ergibt sich aufgrund der asymmetrischen Anordnung der Sperreinrichtung bei einem gegebenen Betätigungsmoment der Sperreinrichtung für die eine Ausgangswelle, insbesondere diejenige auf der Seite der Sperreinrichtung, ein höheres Sperrmoment und für die andere Ausgangswelle, insbesondere diejenige auf der Seite ohne Sperreinrichtung, ein geringeres Sperrmoment. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die unterschiedlichen Sperrmomente sowohl im Schubbetrieb als auch im Zugbetrieb durch den Kompensationsfaktor kompensiert.
Im Schubbetrieb wird vorzugsweise das reduzierte (geringere) Betätigungsmoment für die Sperreinrichtung eingestellt, wenn diejenige Ausgangswelle eine um einen bestimmten Faktor höhere Drehzahl aufweist, welche auf der von der Sperreinrichtung abgewandten Seite der Differentialgetriebeeinrichtung angeordnet ist und/oder für welche sich bei einem gegebenen Betätigungsmoment aufgrund der asymmetrischen Anordnung der Sperreinrichtung sonst ein höheres Sperrmoment als für die andere Ausgangswelle ergeben würde. Insbesondere ist das Betätigungsmoment geringer in Bezug auf ein Betätigungsmoment für den korrespondierenden umgekehrten Fall, d. h. bei dem die andere Ausgangswelle eine höhere Drehzahl aufweist. Das Betätigungsmoment kann auch reduziert gegenüber einem vorgegebenen bzw. in einer Steuereinrichtung hinterlegten Betätigungsmoment sein. Dann ist insbesondere möglich, dass im korrespondierenden umgekehrten Fall, also dass die andere Ausgangswelle eine höhere Drehzahl aufweist, das vorgegebene Betätigungsmoment unverändert eingestellt wird.
Vorzugsweise wird im Schubbetrieb das erhöhte (höhere) Betätigungsmoment für die Sperreinrichtung eingestellt, wenn diejenige Ausgangswelle eine um einen bestimmten Faktor höhere Drehzahl aufweist, welche auf der Seite der Sperreinrichtung angeordnet ist und/oder für welche sich bei einem gegebenen Betätigungsmoment aufgrund der asymmetrischen Anordnung der Sperreinrichtung sonst ein geringeres Sperrmoment als für die andere Ausgangswelle ergeben würde. Insbesondere ist das Betätigungsmoment hierbei höher als das für den korrespondierenden umgekehrten Fall vorgesehene Betätigungsmoment. Das Betätigungsmoment kann auch erhöht gegenüber einem vorgegebenen bzw. in der Steuereinrichtung hinterlegten Betätigungsmoment sein. Dann ist insbesondere möglich, dass im korrespondierenden umgekehrten Fall das vorgegebene Betätigungsmoment unverändert eingestellt wird.
Es ist möglich, dass in dem zuvor beschriebenen Fall dennoch eine Reduzierung des Betätigungsmoments vorgenommen werden kann, wenn das negative Verlustmoment der Sperreinrichtung, insbesondere das negative Kupplungsmoment (- TC), oberhalb eines negativen Schwellenwerts bleibt. Das kann in bestimmten Fahrsituationen besonders vorteilhaft sein.
In einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Sperreinrichtung rechts vom Differentialgetriebe angeordnet. In einer beispielhaften Fahrsituation dreht sich die linke Ausgangswelle schneller als die rechte Ausgangswelle. Dann wird im Schubbetrieb vorzugsweise das Betätigungsmoment der Sperreinrichtung reduziert. Beispielsweise wird das Betätigungsmoment um den Kompensationsfaktor und insbesondere um das Kupplungsmoment reduziert. In dem Fall, dass sich die rechte Ausgangswelle schneller als die linke Ausgangswelle dreht, wird das Betätigungsmoment der Sperreinrichtung vorzugsweise wie vorgegeben unverändert eingestellt oder zumindest höher eingestellt. Insbesondere wird dann das Betätigungsmoment zumindest höher eingestellt, als wenn sich die linke Ausgangswelle schneller als die rechte Ausgangswelle drehen würde. In einer beispielhaften Ausgestaltung, bei dem die Sperreinrichtung links vom Differentialgetriebe angeordnet ist, erfolgt vorzugsweise eine entsprechend umgekehrte Anpassung des Betätigungsmoments der Sperreinrichtung.
Im Zugbetrieb wird vorzugsweise das reduzierte (geringere) Betätigungsmoment für die Sperreinrichtung eingestellt, wenn diejenige Ausgangswelle eine um einen bestimmten Faktor höhere Drehzahl aufweist, welche auf der Seite der Sperreinrichtung angeordnet ist und/oder für welche sich bei einem gegebenen Betätigungsmoment aufgrund der asymmetrischen Anordnung der Sperreinrichtung sonst ein höheres Sperrmoment als für die andere Ausgangswelle ergeben würde. Das bietet auch im Zugbetrieb eine vorteilhafte Kompensation.
Vorzugsweise wird im Zugbetrieb das erhöhte (höhere) Betätigungsmoment für die Sperreinrichtung eingestellt, wenn diejenige Ausgangswelle eine um einen bestimmten Faktor höhere Drehzahl aufweist, welcher auf der von der Sperreinrichtung abgewandten Seite angeordnet ist und/oder für welche sich bei einem gegebenen Betätigungsmoment aufgrund der asymmetrischen Anordnung der Sperreinrichtung sonst ein geringeres Sperrmoment als für die andere Ausgangswelle ergeben würde. Es ist möglich, dass in diesem Fall dennoch eine Reduzierung vorgenommen wird, wenn das Verlustmoment der Sperreinrichtung, insbesondere das Kupplungsmoment (TC), oberhalb eines Schwellenwertes liegt. Das kann in bestimmten Fahrsituationen vorteilhaft sein.
In einem beispielhaften Fall des Zugbetriebs dreht sich die rechte Ausgangswelle schneller als die linke Ausgangswelle. Wie in dem Beispiel zuvor für den Schubbetrieb ist die Sperreinrichtung dabei rechts vom Differentialgetriebe angeordnet. Dann wird das Betätigungsmoment der Sperreinrichtung reduziert und insbesondere um den Kompensationsfaktor und beispielsweise um das Kupplungsmoment verringert. In dem umgekehrten Fall, bei dem sich die linke Ausgangswelle schneller als die rechte Ausgangswelle dreht, wird das Betätigungsmoment der Sperreinrichtung wie vorgegeben eingestellt oder ist zumindest höher als in dem zuvor beschriebenen umgekehrten Fall.
Insbesondere umfasst die Differentialgetriebeeinrichtung wenigstens einen Ansteuerungsalgorithmus für die Sperreinrichtung. In einer besonders vorteilhaften und bevorzugten Weiterbildung ist der Ansteuerungsalgorithmus für im Schubbetrieb auftretende dynamische Kurvenfahrten und/oder für im Schubbetrieb auftretende reibungsbedingte Drehzahlunterschiede und/oder für im Schubbetrieb auftretende Fahrstabilisierungsmaßnahmen optimiert. So kann das Fahrverhalten im Schubbetrieb besonders sicher und zugleich auch besonders leistungsorientiert erfolgen. In solchen Ausgestaltungen kann eine automatische Erkennung von Fahrzuständen vorgesehen sein, beispielsweise über Beschleunigungssensoren und/oder Lenkwinkelsensoren oder dergleichen.
Insbesondere ist die Differentialgetriebeeinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, gezielt ein aktives Giermoment zu erzeugen (active yaw). Insbesondere erfolgt zur Erzeugung des Giermoments eine gezielte asymmetrische Drehmomentaufteilung auf die beiden Ausgangswellen.
Der erfindungsgemäße Kraftfahrzeugtriebstrang ist dazu geeignet und ausgebildet, nach dem zuvor beschriebenen Verfahren betrieben zu werden. Auch ein solcher Kraftfahrzeug Triebstrang löst die Aufgabe besonders vorteilhaft und bietet ein erheblich verbessertes Fahrverhalten auch im Schubbetrieb.
Insbesondere umfasst der Kraftfahrzeugtriebstrang die zum Ausführen des Verfahrens beschriebenen Vorrichtungsmerkmale. Insbesondere umfasst der Kraftfahrzeugtriebstrang auch eine Steuereinrichtung, welche dazu geeignet und ausgebildet ist, das Verfahren mit den Komponenten des Kraftfahrzeugtriebstrangs umzusetzen. Insbesondere ist in der Steuereinrichtung dazu wenigstens ein Algorithmus und beispielsweise eine Software oder dergleichen hinterlegt. Der Kraftfahrzeugtriebstrang ist insbesondere für ein Elektrofahrzeug und/oder ein Hybridfahrzeug vorgesehen. Der Kraftfahrzeugtriebstrang kann auch für ein mittels eines Verbrennungsmotors angetriebenes Fahrzeug vorgesehen sein.
Zur Ansteuerung der Sperreinrichtung ist insbesondere wenigstens eine Steuereinrichtung vorgesehen. Die Sperreinrichtung ist insbesondere mittels Stellmitteln betätigbar. Die Stellmittel umfassen vorzugsweise wenigstens eine Steuereinrichtung oder werden von dieser angesteuert. Die Steuereinrichtung umfasst vorzugsweise wenigstens einen hinterlegten Algorithmus, z. B. eine Software. In der Steuereinrichtung ist insbesondere der Kompensationsfaktor hinterlegt. Die Stellmittel umfassen insbesondere wenigstens einen elektrischen Antrieb oder dergleichen.
Insbesondere umfasst die Differentialgetriebeeinrichtung wenigstens einen von der Eingangswelle um eine Drehachse drehend antreibbaren Differentialkorb. Insbesondere umfasst die Differentialgetriebeeinrichtung wenigstens einen Differentialrädersatz zum Antreiben der Ausgangswellen um die Drehachse. Insbesondere ist der Differentialkorb dazu mit wenigstens einem Tellerrad gekoppelt.
Der Kraftfahrzeugtriebstrang umfasst insbesondere wenigstens einen elektrischen Fahrantrieb. Insbesondere dient das Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugtriebstrangs eines Elektrofahrzeugs und/oder eines Hybridfahrzeugs. Der Kraftfahrzeugtriebstrang kann auch einen Hybridantrieb oder einen reinen Brennkraftmaschinenantrieb umfassen. Das Verfahren kann auch zum Betreiben eines Kraftfahrzeugtriebstrangs eines mit einem Brennkraftmaschinenantrieb betriebenen Fahrzeugs dienen. Der Kraftfahrzeugtriebstrang umfasst insbesondere wenigstens eine Achseinheit und beispielsweise eine Hinterachse.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, die im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.
In den Figuren zeigen:

1 eine stark schematisierte Darstellung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen Kraftfahrzeugtriebstrang in einer beispielhaften Betriebssituation;
2 der Kraftfahrzeugtriebstrang der 1 in einer anderen Betriebssituation;
3 eine Skizze zum Ablauf des Verfahrens in einer beispielhaften Betriebssituation des Kraftfahrzeugtriebstrangs im Zugbetrieb;
4 das Verfahren nach 3 in einer anderen Betriebssituation des Kraftfahrzeugtriebstrangs im Zugbetrieb;
5 eine Skizze zum Ablauf des Verfahrens in einer beispielhaften Betriebssituation des Kraftfahrzeugtriebstrangs im Schubbetrieb;
6 das Verfahren nach 5 in einer anderen Betriebssituation des Kraftfahrzeugtriebstrangs im Schubbetrieb; und
7-10 Schaubilder zum Ablauf des Verfahrens in beispielhaften Betriebssituationen des Kraftfahrzeugtriebstrangs.

Die 1 zeigt ausschnittsweise einen erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugtriebstrang 1 mit einer Differentialgetriebeeinrichtung 2 mit einem Differentialgetriebe 3 und einer steuerbaren Sperreinrichtung 4. Der Kraftfahrzeugtriebstrang 1 wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben.
Die Sperreinrichtung 4 ist mittels Stellmitteln 14 (Aktorik) mit einem elektrischen Antrieb 34 betätigbar. Über die Stellmittel 14 wird die Sperreinrichtung 4 von einer Steuereinrichtung angesteuert. Durch das Ansteuern der Sperreinrichtung 4 ist ein gezieltes Anpassen der Ausgleichswirkung des Differentialgetriebes 3 möglich. Die Sperreinrichtung 4 ist hier eine als Lamellenkupplung mit einer Mehrzahl von Lamellen ausgebildete Kupplungseinrichtung 24.
Die Differentialgetriebeeinrichtung 2 umfasst hier eine von einem elektrischen Fahrantrieb angetriebene Eingangswelle. Dazu stellt der Fahrantrieb ein Fahrantriebsmoment 11 bereit. Die Eingangswelle treibt ein Tellerrad 13 und einen daran angebundenen Differentialkorb des Differentialgetriebes 3 an. Ein Differentialrädersatz 23 des Differentialgetriebes 3 treibt hier eine rechte Ausgangswelle 22 und eine linke Ausgangswelle 32 an, an denen hier nicht dargestellte Räder einer Achseinheit und beispielsweise einer Hinterachse angebunden sind.
In der hier gezeigten Ausführung ist die Sperreinrichtung 4 rechts vom Differentialgetriebe 3 angeordnet. In dem Fall, dass die linke Ausgangswelle 32 schneller als die rechte Ausgangswelle 22 dreht, wird das Eingangsmoment des Differentialgetriebes 3 um ein fahrsituationsbedingtes Kupplungsmoment 12 reduziert. Dadurch steht in einem solchen Fall insgesamt weniger Selbstsperrmoment zur Verfügung. Der Momentverlauf im Differentialgetriebe 3 beim Zugbetrieb ist hier durch Pfeile dargestellt. Der Verlauf des fahrsituationsbedingten Kupplungsmoments 12 ist durch einen gestrichelten Pfeil skizziert. Das Fahrantriebsmoment 11 ist mit durchgezogenen Pfeilen angedeutet.
In der 2 ist der zuvor beschriebene Kraftfahrzeugtriebstrang 1 in einem Betriebsfall gezeigt, bei dem sich die linke Ausgangswelle 32 langsamer als die rechte Ausgangswelle 22 dreht. Der sich daraus ergebende Momentverlauf ist hier wieder durch Pfeile skizziert. Der Verlauf des Kupplungsmoments ist durch einen gestrichelten Pfeil skizziert.
Durch die rechts vom Differentialgetriebe 3 angeordnete Sperreinrichtung 4 ist das Eingangsmoment des Differentialgetriebes 3 hier um das Kupplungsmoment erhöht. Dadurch steht mehr Selbstsperrmoment als in dem mit Bezug zu der 1 geschilderten Fall zur Verfügung. Aufgrund dieser unterschiedlichen Selbstsperrmomente erfolgt hier eine Sollwertkorrektur (Torque Bias Compensation). Dazu wird ein Kompensationsfaktor bei der Ansteuerung der Sperreinrichtung 4 eingesetzt. Durch den Kompensationsfaktor erfolgt eine Reduktion des gestellten Kupplungsmoments hier für den Fall, dass die linke Ausgangswelle 32 schneller als die rechte Ausgangswelle 22 dreht. Dadurch kann ein besonders symmetrisches Verhalten des Kraftfahrzeugtriebstrangs 1 erreicht werden.
Die 3 zeigt einen stark schematisierten Kraftfahrzeugtriebstrang 1 im Zugbetrieb und beispielsweise bei einer Beschleunigung. Der Aufbau des Kraftfahrzeugtriebstrangs 1 ist hier im Wesentlichen wie mit Bezug zu den 1 und 2 vorgestellt. T steht hierfür das Drehmoment. Die Abkürzung RG kennzeichnet das Tellerrad 13, D das Differentialgetriebe 3 und C die Kupplungseinrichtung 24 der Sperreinrichtung 4. L steht für links und R für rechts. S ist hier der Sperrwert (in Prozent).
In dem hier gezeigten Fall dreht die linke Ausgangswelle 32 schneller als die rechte Ausgangswelle 22. Zudem ist das Tellerradmoment (TRG) größer als das Kupplungsmoment (TC). Es liegt ein Zugbetrieb vor und das Ausgangsmoment der linken Ausgangswelle 32 (TL) ist größer 0 und ergibt sich aus der unterhalb der linken Ausgangswelle 32 dargestellten Formel. Das Ausgangsmoment der rechten Ausgangswelle 22 (TR) ergibt sich aus der unterhalb der rechten Ausgangswelle 22 aufgeführten Formel. Durch die rechtsseitige Anordnung der Kupplungseinrichtung 24 ist das Differentialmoment (TD) hier gleich TRG minus TC.
In einem beispielhaften Beschleunigungsfall (TL > 0) ist TRG = 1000 und TC = 500 und S = 0,1. Die Momente sind in Newtonmeter angegeben. Daraus ergibt sich TR = 775 und TL = 225. Der Betrag aus TL minus TR ist 550. Das Selbstsperrmoment ist hier in einem günstigen Bereich und muss nicht durch eine Reduzierung des Betätigungsmoments der Sperreinrichtung 4 angepasst werden.
Die 4 zeigt das mit Bezug zu der 3 beschriebene Schaubild mit dem Unterschied, dass hier die rechte Ausgangswelle 22 schneller als die linke Ausgangswelle 32 dreht. Dadurch ist hier TRG > -TC. In dem beispielhaften Beschleunigungsfall mit TRG = 1000 und TC = 500 und S = 0,1 ergibt sich dann TR = 125 und TL = 825. Der Betrag aus TL minus TR ist 650. Hier liegt ein erhöhtes Selbstsperrmoment vor, sodass die Sperreinrichtung 4 mit einem reduzierten Betätigungsmoment angesteuert wird.
Die 5 zeigt das Schaubild der beiden zuvor beschriebenen Figuren mit dem Unterschied, dass hier ein Schubbetrieb (TL < 0) mit Rekuperation vorliegt, bei dem die linke Ausgangswelle 32 schneller als die rechte Ausgangswelle 22 dreht. In einem beispielhaften Schubbetrieb sind TRG = -1000 und TC = 500 und S = 0,1. Es ergeben sich dann TR = -175 und TL = -825. Der Betrag aus TL minus TR ist 650. Zur Kompensation des Kupplungsmoments im Schubbetrieb erfolgt hier eine Reduzierung des Betätigungsmoments der Sperreinrichtung 4.
Die 6 zeigt das mit Bezug zu der 5 beschriebene Schaubild mit dem Unterschied, dass hier die rechte Ausgangswelle 22 schneller als die linke Ausgangswelle 32 dreht. In dem beispielhaften Schubbetrieb sind TRG = -1000 und TC = 500 und S = 0,1 und es ergeben sich TR = -775 und TL = -225. Der Betrag aus TL minus TR ist 550. Für diese beispielhafte Fahrsituation ist die Sperrwirkung vorteilhaft und es wird keine Reduzierung des Betätigungsmoments der Sperreinrichtung 4 vorgenommen.
In der 7 ist die Ansteuerung der Sperreinrichtung 4 im Schubbetrieb und Zugbetrieb bei verschiedenen Drehzahlfällen der Ausgangswellen 22, 32 zusammengefasst. Der Buchstabe n kennzeichnet hier die Drehzahl. Die nach oben verlaufende Schraffur kennzeichnet die Betriebssituationen, in denen eine Reduktion des Betätigungsmoments der Sperreinrichtung 4 erfolgt. Die nach unten verlaufende Schraffur kennzeichnet die Betriebssituationen, in denen keine Reduzierung des Betätigungsmoments der Sperreinrichtung 4 erfolgt.
Dabei entspricht der mit A gekennzeichnete Bereich dem Betriebsfall, wie er in der 3 dargestellt ist. Der mit B gekennzeichnete Bereich entspricht dem Betriebsfall, wie er mit Bezug zu der 4 beschrieben ist. Der mit C gekennzeichnete Bereich bezeichnet den Betriebsfall, wie er mit Bezug zu der 5 beschrieben ist. Der mit D gekennzeichnete Bereich entspricht dem Betriebsfall, wie er mit Bezug zu der 6 beschrieben wurde.
In der 8 sind in die mit Bezug zu der 7 beschriebene Zusammenfassung Fahrsituationen eingetragen, in denen die Räder der Ausgangswellen 22, 32 unterschiedlichen Reibungsbedingungen unterliegen. Beispielsweise befinden sich ein Rad auf einer trockenen Straße und das andere Rad auf Schnee oder Eis.
Die Ausgangswelle 22, 32 mit dem Rad mit geringerer Reibung dreht sich im Zugbetrieb und beispielsweise bei Beschleunigung schneller. Durch eine gezielte Ansteuerung der Sperreinrichtung 4 wird dabei der Schlupf reduziert. Das Tellerradmoment TRG ist hier größer als das Kupplungsmoment TC. Im Schubbetrieb hingegen dreht sich die Ausgangswelle 22, 23 mit dem Rad mit geringerer Reibung mit geringerer Drehzahl. Dabei ist TRG < -TC.
Die Abkürzung RD skizziert hier den Bereich mit geringerer Reibung für das rechte Rad im Zugbetrieb. Es erfolgt eine Anpassung des Betätigungsmoments der Sperreinrichtung 4, sodass das Sperrmoment um das Kupplungsmoment reduziert wird.
Die Abkürzung LD skizziert den Bereich mit geringerer Reibung für das linke Rad im Zugbetrieb. Es erfolgt keine Reduktion des Betätigungsmoments.
Die Abkürzung LR skizziert hier die Fahrsituation, dass das linke Rad geringere Reibung aufweist und ein Schubbetrieb mit Rekuperation vorliegt. Es erfolgt keine Reduzierung des Betätigungsmoments.
Die Abkürzung RR kennzeichnet eine Fahrsituation mit geringerer Reibung für das rechte Rad im Schubbetrieb mit Rekuperation. Es erfolgt eine Anpassung des Betätigungsmoments der Sperreinrichtung 4, sodass das Sperrmoment um das Kupplungsmoment reduziert wird.
In der 9 sind in die mit Bezug zu der 7 beschriebene Zusammenfassung Fahrsituationen eingetragen, bei denen eine dynamische Kurvenfahrt auftritt. Die Abkürzung RCD kennzeichnet hier eine Kurvenfahrt nach rechts im Zugbetrieb. Die Abkürzung LCD kennzeichnet eine Kurvenfahrt nach links im Zugbetrieb. Die Abkürzung LCR kennzeichnet eine Kurvenfahrt nach links im Schubbetrieb mit Rekuperation. Die Abkürzung RCR skizziert eine Kurvenfahrt nach rechts im Schubbetrieb mit Rekuperation. In den Fällen RCD und RCR erfolgt eine Reduktion des Betätigungsmoments der Sperreinrichtung 4. In den Fällen LCD und LCR erfolgt keine Reduzierung des Betätigungsmoments für die Sperreinrichtung 4.
In der 10 sind in die mit Bezug zu der 7 beschriebene Zusammenfassung Fahrsituationen eingetragen, bei denen ein Abbiegefall vorliegt. Die Abkürzung TCL steht hier für den Abbiegefall nach links und die Abkürzung TCR für den Abbiegefall nach rechts. S steht für einen Stabilisierungsfall. Im Stabilisierungsfall wird beispielsweise versucht, durch das Ansteuern der Sperreinrichtung 4 ein Abbremsen des kurvenäußeren Rades anzupassen. Dabei ist TC kleiner als der Betrag von TRG. In den hier gezeigten Fällen ist ein reduziertes Betätigungsmoment für die Sperreinrichtung 4 vorgesehen.
Die hier vorgestellte Erfindung bietet die Möglichkeit, eine links-rechts Asymmetrie zu kompensieren, vorteilhafterweise ohne den Einfluss des Selbstsperrmoments, um entsprechend eine bessere Stellgenauigkeit der Sperreinrichtung 4 zu erlangen. Dabei erfolgt die Anpassung der Ausgleichswirkung des Differentialgetriebes 3 mit gezielter Berücksichtigung des Schuhbetriebs als auch des Zugbetriebs. Das ist besonders bei elektrischen Fahrantrieben bzw. Elektrofahrzeugen von Vorteil, da mit solchen Antrieben auch höhere Schubmomente aufgefangen werden können. Mit der Erfindung kann dadurch erheblich mehr Rekuperationsmoment abgenommen werden, beispielsweise über die Hinterachse. Zugleich wird durch die Erfindung auch bei erhöhter Rekuperation mit entsprechend hohen Schubmomenten eine günstige Kurvenneutralität gewährleistet.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeugtriebstrang
2: Differentialgetriebeeinrichtung
3: Differentialgetriebe
4: Sperreinrichtung
11: Fahrantriebsmoment
12: Kupplungsmoment
13: Tellerrad
14: Stellmittel
22: Ausgangswelle
23: Differentialrädersatz
24: Kupplungseinrichtung
32: Ausgangswelle
34: Antrieb der Aktorik

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugtriebstrangs (1) mit wenigstens einer Differentialgetriebeeinrichtung (2) mit wenigstens einem Differentialgetriebe (3) und wenigstens einer mittels Stellmitteln (14) ansteuerbaren Sperreinrichtung (4) zum gezielten Anpassen der Ausgleichswirkung des Differentialgetriebes (3) und wenigstens einer Eingangswelle und wenigstens zwei Ausgangswellen (22, 32), namentlich wenigstens eine rechte Ausgangswelle (22) und wenigstens eine linke Ausgangswelle (32), wobei mit der Sperreinrichtung (4) in einem Zugbetrieb des Kraftfahrzeugtriebstrangs (1) eine gleiche oder gezielt ungleiche Momentverteilung auf die Ausgangswellen (22, 32) eingestellt wird und wobei mit der Sperreinrichtung (4) in einem Schubbetrieb des Kraftfahrzeugtriebstrangs (1) eine gleiche oder gezielt ungleiche Momentverteilung auf die Ausgangswellen (22, 32) eingestellt wird und wobei für die Ansteuerung der Sperreinrichtung (4) berücksichtigt wird, ob der Schubbetrieb oder der Zugbetrieb vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ansteuerung der Sperreinrichtung (4) sowohl im Zugbetrieb als auch im Schubbetrieb wenigstens ein Kompensationsfaktor zur Kompensation eines asymmetrischen Aufbaus der Differentialgetriebeeinrichtung (2) berücksichtigt wird, sodass ein unerwünschtes asymmetrisches Verhalten der Differentialgetriebeeinrichtung (2) im Zugbetrieb und Schubbetrieb wenigstens näherungsweise ausgeglichen wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Ansteuerung der Sperreinrichtung (4) im Schubbetrieb gezielt unterschiedlich zu der Ansteuerung im Zugbetrieb erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Schubbetrieb eine Rekuperation erfolgt und wobei dabei ein Schubmoment auf einen elektrischen Fahrantrieb übertragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sperreinrichtung (4) einseitig vom Differentialgetriebe (3) angeordnet ist und wobei mit dem Kompensationsfaktor wenigstens die dadurch bedingten von der Sperreinrichtung (4) verursachten einseitigen Momentverluste kompensiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sperreinrichtung (4) wenigstens eine Kupplungseinrichtung (24) umfasst oder als eine solche ausgebildet ist und wobei der Kompensationsfaktor wenigstens die durch das Kupplungsmoment bedingten Momentverluste kompensiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Berücksichtigung des Kompensationsfaktors im Schubbetrieb seitenverkehrt zu der Berücksichtigung des Kompensationsfaktors im Zugbetrieb erfolgt, sodass eine im Zugbetrieb für die rechte Ausgangswelle (22) vorgesehene Kompensation dann im Schubbetrieb für die linke Ausgangswelle (32) vorgesehen ist und umgekehrt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bedingt durch den asymmetrischen Aufbau der Differentialgetriebeeinrichtung (2) bei einem gegebenen Betätigungsmoment der Sperreinrichtung (4) für die eine Ausgangswelle (22) ein höheres Sperrmoment als für die andere Ausgangswelle (32) bereitgestellt wird und wobei die ungleichen Sperrmomente durch eine Reduzierung oder eine Erhöhung des vorgesehenen Betätigungsmoments kompensiert werden und wobei die Reduzierung oder die Erhöhung des vorgesehenen Betätigungsmoments wenigstens in Abhängigkeit davon vorgenommen wird, ob ein Schubbetrieb oder ein Zugbetrieb vorliegt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei im Schubbetrieb das reduzierte Betätigungsmoment für die Sperreinrichtung (4) eingestellt wird, wenn diejenige Ausgangswelle (22) eine um einen bestimmten Faktor höhere Drehzahl aufweist, welche auf der von der Sperreinrichtung (4) abgewandten Seite angeordnet ist und/oder für welche sich bei einem gegebenen Betätigungsmoment aufgrund der asymmetrischen Anordnung der Sperreinrichtung (4) sonst ein höheres Sperrmoment als für die andere Ausgangswelle (32) ergeben würde.
Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei im Schubbetrieb das erhöhte Betätigungsmoment für die Sperreinrichtung (4) eingestellt wird, wenn diejenige Ausgangswelle (32) eine um einen bestimmten Faktor höhere Drehzahl aufweist, welche auf der Seite der Sperreinrichtung (4) angeordnet ist und/oder für welche sich bei einem gegebenen Betätigungsmoment aufgrund der asymmetrischen Anordnung der Sperreinrichtung (4) sonst ein geringeres Sperrmoment als für die andere Ausgangswelle (22) ergeben würde.
Verfahren nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei im Zugbetrieb das reduzierte Betätigungsmoment für die Sperreinrichtung (4) eingestellt wird, wenn diejenige Ausgangswelle (32) eine um einen bestimmten Faktor höhere Drehzahl aufweist, welche auf der Seite der Sperreinrichtung (4) angeordnet ist und/oder für welche sich bei einem gegebenen Betätigungsmoment aufgrund der asymmetrischen Anordnung der Sperreinrichtung (4) sonst ein höheres Sperrmoment als für die andere Ausgangswelle (22) ergeben würde.
Verfahren nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, wobei im Zugbetrieb das erhöhte Betätigungsmoment für die Sperreinrichtung (4) eingestellt wird, wenn diejenige Ausgangswelle (22) eine um einen bestimmten Faktor höhere Drehzahl aufweist, welche auf der von der Sperreinrichtung (4) abgewandten Seite angeordnet ist und/oder für welche sich bei einem gegebenen Betätigungsmoment aufgrund der asymmetrischen Anordnung der Sperreinrichtung (4) sonst ein geringeres Sperrmoment als für die andere Ausgangswelle (32) ergeben würde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Differentialgetriebeeinrichtung (2) wenigstens einen für im Schubbetrieb auftretende dynamische Kurvenfahrten und/oder reibungsbedingte Drehzahlunterschiede und/oder Fahrstabilisierungsmaßnahmen optimierten Ansteuerungsalgorithmus für die Sperreinrichtung (4) umfasst.
Kraftfahrzeugtriebstrang (1), dazu geeignet und ausgebildet, nach dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche betrieben zu werden.