DE102021113873A1

DE102021113873A1 - Verfahren zur Steuerung der Antriebskraft einer durch einen Elektromotor angetriebenen Hinterachse eines Kraftfahrzeugs, im Falle einer bevorstehenden Fräskantenüberfahrt

Info

Publication number: DE102021113873A1
Application number: DE102021113873.6A
Authority: DE
Inventors: Claudio Struckmann; Nora Gruen; Christian Wimmer; Werner Foag; Marc Espenhain
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-05-28
Filing date: 2021-05-28
Publication date: 2022-12-01
Also published as: CN117203084A; WO2022248112A1; US20240262214A1

Abstract

Die Erfindung schlägt ein Verfahren vor, zum Erkennen einer bevorstehenden Fräskantenüberfahrt wenigstens eines Hinterrades einer elektrisch angetriebenen Hinterachse eines Kraftfahrzeugs in Vorwärtsfahrt, wozu das Kraftfahrzeug eine Höhenstandssensorik an der Vorderachse besitzt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass Höhenstandsänderungen wenigstens eines Vorderrades oder der Vorderachse an ein Steuergerät weitergeleitet werden, das im Falle von Höhenstandsänderungen, die einen bestimmten Schwellwert überschreiten, bei der elektrischen Antriebseinheit der Hinterachse die abrufbare Momentenleistung begrenzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Antriebskraft einer durch einen Elektromotor angetriebenen Hinterachse eines Kraftfahrzeugs, im Falle einer bevorstehenden Fräskantenüberfahrt, nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
So genannte Fräskanten im Fahrweg von Kraftfahrzeugen werden einerseits durch baulich beabsichtigte Erhöhungen oder Vertiefungen einer Straße gebildet, meist um die Geschwindigkeit von Kraftfahrzeugen zu beeinflussen, meist als Rinnen oder Schwellen im Straßenbelag ausgeführt, auch Gehwegüberfahrten gehören dazu und betreffen insbesondere den Langsamfahrbetrieb. Vorwiegend im Schnellfahrbetrieb, insbesondere auf Autobahnen oder mehrspurigen Straßen in Betonbauweise, kommen bauphysikalisch bedingte Spannungsabbaufugen im Straßenbelag vor, auch in Querrichtung verlaufend. Des Weiteren sind ganz allgemein auch weitere vertikale Fahrbahnunstetigkeiten denkbar oder Reibwertsprünge des Fahrwegs und es sind bestimmte Fahrwegbeschädigungen genügend tief, um einen Effekt einer Fräskantenüberfahrt hervorzurufen, dann meistens für nur ein Fahrzeugrad einer Fahrzeugachse. Im Folgenden werden, der Einfachheit halber, alle Erscheinungen dieser Art als Fräskantenüberfahrt bezeichnet, was für den Schutzbereich dieses Verfahrens nicht bedeuten soll, dass es unbedingt eine Fräskante sein muss, die einen solchen Effekt hervorruft, bei dem eine meist in vertikaler Richtung abhebende, angetriebene Hinterachse Gefahr läuft, weil deren Räder durch deren fortgesetzten Antrieb durch das Kraftfahrzeug in der Luft weiter beschleunigt werden, beim nachfolgenden Aufsetzen auf dem Fahrbelag und Abbau deren überschüssiger Umfangsgeschwindigkeit, bei erneuter Belastung der Räder mit der vollen Aufstandskraft extrem hohe Momente im Antriebsstrang zu erzeugen.
Werden also bei batterieelektrischen Fahrzeugen mit elektrischem Hinterradantrieb solche möglichen Fräskantenüberfahrten als Fahrmanöver zur Bauteilauslegung herangezogen, führt dies unter Umständen dazu, dass viele Bauteile auf die entstehenden hohen mechanischen Lasten dimensioniert werden, die bei einer Fräskantenüberfahrt am Kraftfahrzeug entstehen. Hiervon sind zum Beispiel die Lagerböcke der elektrischen Antriebseinheit oder die Aufhängungslagerung eines Hochvoltspeichers betroffen. Ursächlich ist die hohe Last auf solche Bauteile darin begründet, dass die Hinterräder bei einem Manöver der Fräskantenüberfahrt durch den Fahrer beschleunigt werden, um die Fräskante überwinden zu können, kurze Zeit später aber, aufgrund des Überwindens der Fräskante, in Hochrichtung entlastet werden, wodurch ein Reifenschlupf in Antriebsrichtung entsteht, der die Traktion der Hinterräder beeinträchtigt. Dies erzeugt dann, bei erneuter Belastung der Hinterachse, eine große Aufstandskraft und dadurch extrem hohe Momente im Antriebsstrang. Da eine elektrische Antriebseinheit sehr hohe Anfahrmomente bei Beschleunigungsbeginn aufbauen kann, tritt eine solche Belastung mit so großen Drehmomenten nur bei elektrisch angetriebenen Achsen auf.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Fahrzeugantriebskraft Einstellvorrichtungen, zum Beispiel für Hybrid-Fahrzeuge bekannt. So beschreibt die DE 10 2010 055 223 A1 verschiedene solcher Einstellvorrichtungen, die einen Antriebskraft-Einstellmechanismus aufweisen, für einen Antrieb, der eine Drehmomentdifferenz zwischen einem ersten Rad und einem zweiten Rad eines Fahrzeugs erzeugt und eine Regelvorrichtung und/oder Steuervorrichtung dafür besitzt, die folgendes ausführt:

Detektieren einer Ist-Drehzahldifferenz zwischen dem ersten Rad und dem zweiten Rad,
berechnen einer Soll-Drehzahldifferenz auf der Grundlage von Geschwindigkeit und Lenkwinkel des Fahrzeugs,
berechnen eines Korrekturdrehmoments, das die Ist-Drehzahldifferenz der Soll-Drehzahldifferenz folgen lässt,
berechnen eines maximalen Differenzialbegrenzungsdrehmoments, das einen Maximalwert des Korrekturdrehmoments begrenzt, auf der Grundlage eines Betätigungszustands,
berechnen einer begrenzten Drehmomentdifferenz, in der ein oberer Grenzwert eines Absolutwerts des Korrekturdrehmoments durch das maximale Differenzialbegrenzungsdrehmoment begrenzt wird,
und Durchführen einer Differenzialbegrenzung, um die begrenzte Drehmomentdifferenz zu erhalten.

Anwendung findet die Differenzialbegrenzungs-Regelvorrichtung in einer Ausführungsform auf ein Fahrzeug, das eine Brennkraftmaschine (Kraftmaschine bzw. Antriebsmaschine) und einen Elektromotor als Antriebsquelle verwendet, ein sogenanntes Hybrid-Fahrzeug. Beispielsweise in einer Konfiguration, in der eine Vorderachswelle als Hauptantriebswelle verwendet wird, die durch die Kraftmaschine angetrieben ist, und eine Hinterachswelle als Nebenantriebswelle verwendet wird, die durch den Elektromotor angetrieben ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung der Antriebskraft einer durch einen Elektromotor angetriebenen Hinterachse eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, das mit bereits im Kraftfahrzeug vorhandenen Mitteln eine bevorstehende Fräskantenüberfahrt der Hinterachse erkennt und aufgrund dessen, vor dem Entstehen der großen Belastung der Antriebsbauteile, diese durch eine Ansteuerung des Antriebs der Hinterräder abschwächt, so dass die Antriebsbauteile dafür nicht besonders dimensioniert werden müssen.
Die Aufgabe wird durch die Verfahrensschritte des ersten Anspruchs gelöst. Weitere Ausbildungen des Verfahrens beschreiben die abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erkennen einer bevorstehenden Fräskantenüberfahrt wenigstens eines Hinterrades einer elektrisch angetriebenen Hinterachse eines Kraftfahrzeugs in Vorwärtsfahrt, wozu das Kraftfahrzeug eine Höhenstandssensorik an der Vorderachse besitzt, ist dadurch gekennzeichnet dass Höhenstandsänderungen wenigstens eines Vorderrades oder der Vorderachse an ein Steuergerät weiterleitet werden, das im Falle von Höhenstandsänderungen, die einen bestimmten Schwellwert überschreiten, bei der elektrischen Antriebseinheit der Hinterachse die abrufbare Momentenleistung begrenzt.
Das hat den Vorteil, dass durch eine so genannte Vorsensierung, insbesondere über eine aus anderen Anwendungen bereits im Kraftfahrzeug vorhandene Höhenstandssensorik an der Vorderachse, dessen Antriebssteuerung eine Fräskantenüberfahrt der Hinterachse bereits frühzeitig erkennen kann, worauf folgend die abrufbare Momentenleistung der elektrischen Antriebseinheit begrenzt wird.
Der Bauteilschutz erfolgt damit über einen Regelalgorithmus der Steuerungssoftware. Die Bauteile des Antriebsstrangs, wie Antriebswelle, Gehäuse der Antriebseinheit, Lagerböcke und Lager können dadurch auf geringere Belastungen bei der Fräskantenüberfahrt dimensioniert werden und/oder es können mehr Freiheitsgrade für die Verortung der Lager realisiert werden, zum Beispiel eine geringere Abstützbasis, das heißt, die Lager können in Fahrzeuglängsrichtung näher zueinander positioniert sein.
Ein bevorzugtes Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Momentenleistung an der Hinterachse wenigstens ab einem Zeitpunkt begrenzt ist, an dem die Aufstandskraft des wenigstens einen Hinterrades oder der Hinterachse am geringsten ist.
Alternativ dazu kann auch ein anderes bevorzugtes Verfahren angewendet werden, das sich dadurch auszeichnet, dass der Zeitpunkt der Begrenzung der Momentenleistung an der Hinterachse durch das Steuergerät berechnet wird, wenigstens aus einer Momentangeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zum Zeitpunkt der Höhenstandsänderung wenigstens eines Vorderrades oder der Vorderachse und aus einem Radstand des Kraftfahrzeugs.
Wiederum zur alternativen Anwendung wird auch ein anderes, vorteilhaftes Verfahren im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen, dadurch gekennzeichnet, dass die Momentenleistungsbegrenzung an der Hinterachse vom Steuergerät sofort nach dem Zeitpunkt getätigt wird, an dem dieses aus der Höhenstandssensorik wenigstens eines Vorderrades oder der Vorderachse, Höhenstandsänderungen über dem bestimmten Schwellwert verarbeitet hat.
Jedes dieser, nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, alternativen Verfahren kann dadurch vorteilhaft weitergebildet werden, dass, der Betrag des Schwellwerts, beim Entstehen eines veränderten Messwerts der Höhenstandssensorik, vom Steuergerät, abhängig von der Momentangeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs festgelegt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010055223 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Erkennen einer bevorstehenden Fräskantenüberfahrt wenigstens eines Hinterrades einer elektrisch angetriebenen Hinterachse eines Kraftfahrzeugs in Vorwärtsfahrt, wozu das Kraftfahrzeug eine Höhenstandssensorik an der Vorderachse besitzt, dadurch gekennzeichnet dass Höhenstandsänderungen wenigstens eines Vorderrades oder der Vorderachse an ein Steuergerät weitergeleitet werden, das im Falle von Höhenstandsänderungen, die einen bestimmten Schwellwert überschreiten, bei der elektrischen Antriebseinheit der Hinterachse die abrufbare Momentenleistung begrenzt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Momentenleistung an der Hinterachse wenigstens ab einem Zeitpunkt begrenzt ist, an dem die Aufstandskraft des wenigstens einen Hinterrades oder der Hinterachse am geringsten ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt der Begrenzung der Momentenleistung an der Hinterachse durch das Steuergerät berechnet wird, wenigstens aus einer Momentangeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zum Zeitpunkt der Höhenstandsänderung wenigstens eines Vorderrades oder der Vorderachse und aus einem Radstand des Kraftfahrzeugs.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Momentenleistungsbegrenzung an der Hinterachse vom Steuergerät sofort nach dem Zeitpunkt getätigt wird, an dem dieses aus der Höhenstandssensorik wenigstens eines Vorderrades oder der Vorderachse, Höhenstandsänderungen über dem bestimmten Schwellwert verarbeitet hat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des Schwellwerts vom Steuergerät geschwindigkeitsabhängig bestimmt wird und/oder im Steuergerät vorgehalten wird.