DE102021206675A1

DE102021206675A1 - Verfahren zur Reduzierung von Schwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102021206675A1
Application number: DE102021206675.5A
Authority: DE
Inventors: Ricardo Grabsch
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-06-28
Filing date: 2021-06-28
Publication date: 2022-12-29

Abstract

Verfahren zur Reduzierung von Schwingungen in einem Antriebsstrang (2) eines Kraftfahrzeugs (1), das eine erste und eine zweite antreibbare Achse (5, 6) aufweist, wobei Drehmoment von einer angetriebenen ersten Achse (5, 6), insbesondere einer Vorderachse, mittels einer Verbindungswelle (9) an die zweite Achse (5, 6), insbesondere einer Hinterachse, übertragbar ist, wobei die zweite Achse (5, 6) mittels einer Kupplungseinrichtung (10), insbesondere einer Reibkupplung, wahlweise mit der ersten Achse (5, 6) verbindbar oder verbunden ist, wobei ein Schwingungszustand des Antriebsstrangs (2) erfasst wird, bei dem schlupfbedingt eine Schwingung zwischen der ersten und der zweiten Achse (5, 6) auftritt und dass zur Reduzierung von Schwingungen in Abhängigkeit des erfassten Schwingungszustands ein Betriebszustand der Kupplungseinrichtung (10) verändert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von Schwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, das eine erste und eine zweite antreibbare Achse aufweist, wobei Drehmoment von einer angetriebenen ersten Achse, insbesondere einer Vorderachse, mittels einer Verbindungswelle an die zweite Achse, insbesondere eine Hinterachse, übertragbar ist, wobei die zweite Achse mittels einer Kupplungseinrichtung, insbesondere einer Reibkupplung, wahlweise mit der ersten Achse verbindbar oder verbunden ist.
Verfahren zur Reduzierung von Schwingungen in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Zum Beispiel können in einem Kraftfahrzeug, das zwei angetriebene Achsen aufweist, durch verschiedene Drehzahlen an der Vorderachse und der Hinterachse Schwingungen entstehen, die für die Insassen des Kraftfahrzeugs als störend empfunden werden. Solche Antriebsstränge bzw. Antriebssysteme können auch als „Hang-on“-Systeme bzw. „Hang-on on demand“-Systeme bezeichnet werden, da über die Kupplungseinrichtung ein wahlweiser Betrieb bzw. Antrieb der zweiten Achse möglich ist. Die Kupplungseinrichtung kann daher auch als sogenannte „Hang-on-Kupplung“ bezeichnet werden. Die beschriebenen auftretenden Schwingungen können sich ferner nachteilig auf die einzelnen Komponenten des Kraftfahrzeugs auswirken. Üblicherweise wird zur Reduzierung derartiger Schwingungen ein Bremseingriff vorgenommen, um die Differenzdrehzahlen zwischen den angetriebenen Rädern der Vorderachse und der Hinterachse anzugleichen bzw. zu verhindern, dass die Differenzdrehzahlen zu von den Fahrzeuginsassen als störend empfundenen Schwingungen führen.
In Fahrsituationen, in denen das Kraftfahrzeug auf einem Fahrbahnuntergrund bewegt werden soll, der einen vergleichsweise niedrigen Reibwert bereitstellt, können sich, beispielsweise bei einem Anfahrvorgang, Differenzdrehzahlen an den beiden angetriebenen Achsen einstellen, die zu einer „Verspannung“ des Antriebsstrangs führen können. Diese können durch einen Bremseingriff gegebenenfalls nicht zufriedenstellend reduziert bzw. nur teilweise verhindert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein demgegenüber verbessertes Verfahren zur Reduzierung von Schwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs anzugeben.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Wie beschrieben, betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Reduzierung von Schwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Das Verfahren betrifft insbesondere eine Reduzierung von Schwingungen, die zwischen zwei antreibbaren Achsen auftreten bzw. durch Differenzdrehzahlen zwischen einer ersten angetriebenen Achse und einer zweiten angetriebenen Achse auftreten. Hierbei zielt die Erfindung im Speziellen auf Schwingungszustände ab, die schlupfbedingt entstehen, wobei insbesondere eine Drehzahl an einer zweiten angetriebenen Achse größer ist als eine Drehzahl einer ersten angetriebenen Achse.
Derartige Schwingungszustände können sensorisch, d.h. sowohl akustisch als auch haptisch, von Fahrzeuginsassen als störend wahrgenommen werden, beispielsweise in Form von Lastwechseln, Schlägen, Vibrationen oder so genanntem „Ziehen“ oder „Stempeln“ des Antriebsstrangs. Hierbei kann insbesondere bei Kraftfahrzeugen, die eine standardmäßig angetriebene Vorderachse als erste Achse aufweisen und über einen zuschaltbaren Allradantrieb verfügen, bei dem über die Verbindungswelle Drehmoment an die Hinterachse übertragen wird, an der Hinterachse eine höhere Drehzahl auftreten als an der Vorderachse. Solche Schwingungszustände können beispielsweise bei Anfahrvorgängen bei schlechten Untergrundbedingungen auftreten, d.h. Fahrbahnbeläge, die unterhalb eines definierten Reibwerts liegen, zum Beispiel Schlamm, Eis, Kies, Schnee und dergleichen.
Steht das Kraftfahrzeug beispielsweise mit jeweils wenigstens einem Rad der ersten Achse und der zweiten Achse auf einem Fahrbahnuntergrund mit entsprechend niedrigem Reibwert, kann sich an der zweiten Achse eine gegenüber der ersten Achse höhere Drehzahl einstellen, die über die Verbindungswelle eine Verspannung des Antriebsstrangs erzeugt. Diese kann sich durch Erzeugung entsprechender Schwingungszustände abbauen. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein Schwingungszustand des Antriebsstrangs erfasst wird, bei dem schlupfbedingt eine Schwingung zwischen der ersten und der zweiten Achse auftritt und dass zur Reduzierung von Schwingungen in Abhängigkeit des erfassten Schwingungszustands ein Betriebszustand der Kupplungseinrichtung verändert wird.
Demnach wird vorgeschlagen, dass zunächst der Schwingungszustand des Antriebsstrangs erfasst wird. Als Schwingungszustand wird hierbei der zuvor beschriebene Zustand beschrieben, bei dem bedingt durch Differenzdrehzahlen zwischen der ersten Achse und der zweiten Achse schlupfbedingt eine Schwingung des Antriebsstrangs auftritt. Zur Reduzierung der auftretenden Schwingungen wird anschließend in Abhängigkeit des erfassten Schwingungszustands ein Betriebszustand der Kupplungseinrichtung verändert. Mit anderen Worten kann zur Reduzierung der Schwingungen die Kupplungseinrichtung in einen entsprechenden Schaltzustand gestellt werden, welche Kupplungseinrichtung die erste Achse mit der zweiten Achse verbindet.
Durch die Veränderung des Betriebszustands bzw. Kupplungszustands wird insbesondere eingestellt, inwieweit Drehmoment von der ersten angetriebenen Achse auf die zweite Achse über die Verbindungswelle und die Kupplungseinrichtung übertragen wird. Dadurch kann bei dem auftretenden schlupfbedingten Schwingungszustand die Antriebsverteilung eingestellt werden und auf die auftretenden Differenzdrehzahlen reagiert werden. Insbesondere in Kraftfahrzeugen, bei denen die Vorderachse die standardmäßig angetriebene Achse darstellt, beispielsweise über eine Antriebseinrichtung, die im Bereich der Vorderachse angeordnet ist, zum Beispiel in Front-Quer-Bauform, und das Drehmoment von der angetriebenen Vorderachse, zum Beispiel über ein Vorderachsdifferential, über eine vergleichsweise lange Kardanwelle an die Hinterachse, insbesondere ein Hinterachsdifferential, geleitet wird, kann somit über den Betriebszustand der Kupplungseinrichtung in dem Schwingungszustand bzw. zur Reduzierung der Schwingungen in dem Schwingungszustand die Verteilung des Drehmoments eingestellt werden.
Die Kupplungseinrichtung kann dabei insbesondere als Reibkupplung, beispielsweise als Lamellenkupplung, ausgeführt werden. Somit kann die Kupplungseinrichtung in Abhängigkeit ihres Betriebszustands bzw. Schließzustands oder Öffnungszustands zwischen einer vollständig geöffneten Stellung, in der kein Drehmoment übertragen wird, und einer vollständig geschlossenen Stellung, in der das gesamte Nenndrehmoment übertragen wird, gestellt werden. Es ist daher möglich, auf auftretende Schwingungszustände zu reagieren, indem entsprechend das von der ersten Achse an die zweite Achse über die Verbindungswelle und somit über die Kupplungseinrichtung übertragene Drehmoment eingestellt werden kann, um durch entsprechende Veränderung des übertragenen Drehmoments den Schwingungszustand zu reduzieren bzw. zu beseitigen. Dabei kann insbesondere die Drehmomentverteilung derart angepasst werden, dass sich eine Differenzdrehzahl zwischen der ersten Achse und der zweiten Achse reduzieren lässt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Kupplungseinrichtung als Reibkupplung, insbesondere als Lamellenkupplung, ausgebildet ist und der Schließzustand der Kupplungseinrichtung bei einem erfassten Schwingungszustand derart verändert wird, dass die Kupplungseinrichtung teilweise geöffnet wird, insbesondere in einen Rutschzustand versetzt wird, um eine Verspannung des Antriebsstrangs zwischen der ersten Achse und der zweiten Achse abzubauen. Wie beschrieben, kann bei der Kupplungseinrichtung der Öffnungsgrad bzw. der Schließgrad, also allgemein der Betriebszustand, gesteuert werden. Durch das teilweise Öffnen der Kupplungseinrichtung können weiterhin Drehmomente von der ersten Achse auf die zweite Achse übertragen werden, jedoch kann zugelassen werden, dass sich bestehende oder aufbauende Drehzahldifferenzen zwischen der ersten Achse und der zweiten Achse in dem Rutschzustand der Kupplungseinrichtung abbauen.
Mit anderen Worten können die Drehzahldifferenzen durch die teilweise geöffnete Kupplungseinrichtung ausgeglichen werden, wobei dennoch Drehmoment übertragen werden kann. Mit anderen Worten ist es nicht nötig, die Kupplungseinrichtung in einem solchen Fahrzustand vollständig zu öffnen, sondern die Kupplungseinrichtung kann in einen Rutschzustand versetzt werden, in dem ein definiertes Durchrutschen zugelassen wird, um die Differenzdrehzahlen zwischen der ersten Achse und der zweiten Achse auszugleichen bzw. abzubauen. Die Kupplungseinrichtung kann hierbei beispielsweise als Lamellenkupplung ausgeführt sein.
Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Betriebszustand der Kupplungseinrichtung in Abhängigkeit einer Traktionsanforderung gesteuert wird. In dieser Ausgestaltung ist somit vorgesehen, dass der Betriebszustand der Kupplungseinrichtung derart gesteuert wird, dass ein Kompromiss zwischen dem Abbau der Verspannung im Antriebsstrang bzw. einer Reduktion von Differenzdrehzahlen der ersten Achse und der zweiten Achse sowie einer möglichst hohen Übertragung von Drehmoment zwischen der ersten Achse und der zweiten Achse erreicht werden kann. Zum Beispiel kann bei einer vergleichsweise geringeren Traktionsanforderung der Betriebszustand der Kupplungseinrichtung derart gesteuert werden, dass die Kupplungseinrichtung weiter geöffnet wird, um die Reduktion der Schwingungen zu verbessern. Liegt in der aktuellen Fahrsituation eine vergleichsweise höhere Traktionsanforderung vor, kann die Kupplungseinrichtung in einen Betriebszustand versetzt werden, in dem diese vergleichsweise stärker geschlossen ist, um das geforderte Drehmoment an die zweite Achse zu übertragen.
Letztlich kann somit erreicht werden, dass die Kupplungseinrichtung stets möglichst vollständig geschlossen ist bei entsprechend hoher Anforderung, sodass auf auftretende Schwingungen durch die Öffnung der Kupplungseinrichtung reagiert werden kann. Hierbei kann insbesondere so weit geöffnet werden, wie dies basierend auf der Traktionsanforderung bzw. Drehmomentanforderung zulässig ist. Das Steuern des Betriebszustands in Abhängigkeit der Traktionsanforderung kann sonach auch als „eventbasiert“ bezeichnet werden, da dies in Abhängigkeit des aktuellen Fahrzustands vorgenommen wird. Hierbei kann die Kupplungseinrichtung auch nur dann geöffnet werden, wenn ein Schwingungszustand erfasst wurde. Andernfalls, kann zur Übertragung des Drehmoments die Kupplungseinrichtung entsprechend der gewünschten Drehmomentverteilung geschlossen werden. Zum Beispiel kann die Drehmomentverteilung und somit der Kupplungszustand basierend auf einer Fahrdynamik eingestellt werden. Zum Beispiel kann ein gesamtes Antriebsstrangmoment in verschiedenen Fahrzuständen verschieden verteilt werden, insbesondere in verschiedenen Events oder Modi. Zum Beispiel kann ein einem ECO-Modus eine andere Allradverteilung eingestellt werden als in einem Sport-Modus, beispielsweise 10-20% in dem ECO-Modus und 50-60% in dem Sport-Modus. Eventbasiert, zum Beispiel bei Erfassen eines Traktionsverlusts kann eine Veränderung der Verteilung auch bis zu 100% an die erste oder die zweite Achse erfolgen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Kupplungseinrichtung bei negativem Schlupf zumindest teilweise geöffnet wird. Als Schlupf werden hierin die Differenzdrehzahlen an den beiden angetriebenen Achsen in Bezug auf die Fahrzeuggeschwindigkeit verstanden. Hierbei wird als positiver Schlupf verstanden, dass die Raddrehzahl der ersten Achse, insbesondere der Vorderachse, höher liegt als die Raddrehzahl der zweiten Achse, insbesondere der Hinterachse. Entsprechend ergibt sich, dass bei negativem Schlupf die Räder an der zweiten Achse schneller drehen als die Räder an der ersten Achse. Ist die erste Achse somit die Vorderachse und damit die standardmäßig angetriebene Achse, bedeutet negativer Schlupf, dass die zugeschalteten Räder an der Hinterachse schneller drehen als die Räder der Vorderachse. In einem solchen Fahrzustand kann der negative Schlupf entsprechend erfasst werden und bei Erfassen des negativen Schlupfs kann die Kupplungseinrichtung zumindest teilweise geöffnet werden, um, wie zuvor beschrieben, die Differenzdrehzahl und daher die Verspannung des Antriebsstrangs abzubauen bzw. zu verhindern und somit Schwingungen im Antriebsstrang zu reduzieren. Als Schlupfregler, der in dieser Ausgestaltung insbesondere auf den negativen Schlupf regeln kann, kann beispielsweise ein PI-Regler verwendet werden.
Das beschriebene Verfahren kann ferner dahingehend weitergebildet werden, dass bei erfasstem negativem Schlupf für ein definiertes Zeitintervall eine Steuerung des von der Antriebseinrichtung an die erste und/oder die zweite Achse übertragenen oder übertragbaren Drehmoments, insbesondere auf ein Ist-Drehmoment, also beispielsweise ein Ist-Getriebeausgangsmoment, reduziert wird. Somit wird die standardmäßig vorgenommene Steuerung auf ein Soll-Drehmoment, also beispielsweise ein Soll-Motormoment, durch die Steuerung auf ein Ist-Drehmoment ersetzt. Es gibt somit mehrere Möglichkeit das Antriebsstrangmoment zu berechnen, das auf die Achsen aufgeteilt werden kann. Hieraus ergeben sich unterschiedliche Signalverläufe und somit ein unterschiedliches Verhalten. Zum Beispiel kann ein vorsteuerndes Verhalten erreicht werden, indem auf ein Soll-Motormoment geregelt wird oder es kann ein reaktives Verhalten erreicht werden, indem auf ein Ist-Getriebeausgangsmoment geregelt wird, Bei auftretenden Schwingungen ist ein reaktives Verhalten der Regelung vorteilhaft.
Bei erfasstem Schlupf kann somit eine Steuerung für ein definiertes Zeitintervall abweichend von einer standardmäßigen Vorgehensweise bzw. Steuerung durchgeführt werden. Das definierte Zeitintervall kann letztlich beliebig eingestellt oder definiert werden. Zum Beispiel kann das Zeitintervall in Abhängigkeit von einer Fahrsituation eingestellt werden, sodass für verschiedene Fahrsituationen verschiedene Zeitintervalle festgelegt werden können, zum Beispiel abhängig von einem Fahrbahnuntergrund bzw. Straßengegebenheiten. Als zweckmäßig haben sich Zeitintervalle im Bereich von 5 bis 60 Sekunden, insbesondere größer 10 Sekunden, zum Beispiel mehr als 20 Sekunden, herausgestellt.
Wird somit negativer Schlupf erfasst, wird für ein definiertes Zeitintervall die Berechnung des Antriebsstrangmoments nicht mehr aus dem Sollmotormoment, sondern anhand des Ist-Getriebeausgangsmoments berechnet und entsprechend gesteuert. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine statische Drehmomentverteilung bzw. eine statische Allradverteilung um einen definierten Wert herabgesetzt wird. Zum Beispiel kann die statische Drehmomentverteilung um 5 bis 30 %, insbesondere 15 bis 25 %, zum Beispiel 20 %, reduziert werden. Durch die beschriebenen Maßnahmen ist es insbesondere möglich, eine Abflachung im Aufbau des Drehmoments zu erreichen. Das bedeutet, dass bei einem Drehmomentaufbau, zum Beispiel einem Beschleunigungsvorgang aus dem Stand, das Drehmoment langsamer aufgebaut wird, sodass verbessert auf Schwingungszustände eingegangen werden kann und diese insbesondere verbessert verhindert oder reduziert werden können.
Der Betriebszustand der Kupplungseinrichtung kann zudem in Form einer Vorsteuerung durchgeführt werden, insbesondere, bevor eine schlupfbedingte Schwingung im Antriebsstrang auftritt. Beispielsweise kann nach dem ersten erfassten schlupfbedingten Schwingungszustand die Vorsteuerung derart durchgeführt werden, dass keine weiteren schlupfbedingten Schwingungen erzeugt werden. Basierend auf der Vorsteuerung ist es somit möglich, den Betriebszustand der Kupplungseinrichtung bereits entsprechend zu verändern, bevor sich die beschriebenen Differenzdrehzahlen an der ersten Achse der zweiten Achse aufbauen. Somit wird bereits verhindert, dass sich der Antriebsstrang verspannen kann und somit können die beschriebenen störenden Schwingungen nicht erst erzeugt werden. Die beschriebene Vorsteuerung kann insbesondere ebenfalls für das zuvor beschriebene Zeitintervall durchgeführt werden, ab dem ein schlupfbedingter Schwingungszustand erfasst wurde. Anschließend bzw. nach Ablauf des Zeitintervalls, kann wieder in den regulären Betrieb übergegangen werden, in dem die Kupplungseinrichtung beispielsweise wieder vollständig geschlossen werden kann.
Die beschriebene Vorsteuerung kann ferner auf einen definierten Maximalgradienten begrenzt durchgeführt werden. Somit kann der Rahmen, in dem die Vorsteuerung den Betriebszustand der Kupplungseinrichtung ändern kann bzw. in dem diese letztlich in die Verteilung des Drehmoments eingreifen kann, auf einen definierten Maximalgradienten begrenzt werden. Dies erlaubt insbesondere, dass die Frequenz, mit der die Vorsteuerung auf den Betrieb des Antriebsstrangs eingreift, nicht mit der Frequenz wechselwirken kann, in der die Schwingungen erzeugt werden bzw. in der der Schwingungszustand auftritt. Somit wird verhindert, dass eine Überkompensation bzw. eine stellenweise Verstärkung des Eingriffs der Vorsteuerung auftreten kann. Insbesondere wird somit erreicht, dass die Vorsteuerung nur so weit eingreift, wie dies für die Reduzierung der Schwingungen erforderlich ist. Dabei kann insbesondere die Veränderung des Betriebszustands der Kupplungseinrichtung durch die Vorsteuerung mit einer definierten Frequenz der Vorsteueränderung durchgeführt werden. Die Frequenz der Vorsteueränderung unterscheidet sich dabei von der Frequenz in der die Schwingungen auftreten bzw. in der die Schwingungen erzeugt werden.
Die Vorsteuerung kann somit auch Filter und Gradientenbegrenzer umfassen. Insbesondere kann verhindert werden, dass der PI-Regler des Schlupfreglers nicht im gleichen Frequenzband regelt, indem die Schwingungen auftreten. Wenn Schwingungen auftreten, kann in dem beschriebenen Verfahren das Verhalten des Schlupf-Reglers verändert werden, um zu verhindern, dass sich die Schwingungen verstärken.
Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Steuerungseinrichtung und einen Antriebsstrang mit einer Antriebseinrichtung, einer ersten Achse und einer Kupplungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, die erste Achse wahlweise mit einer zweiten Achse zu verbinden, wobei die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet ist, das zuvor beschriebene Verfahren auszuführen. Sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug das Verfahren beschrieben wurden, sind daher vollständig auf das Kraftfahrzeug übertragbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 ein Schema eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs;
2 ein Beispieldiagramm der Drehzahlen in einem Ausführungsbeispiel; und
3 ein Beispieldiagramm der Drehmomente in einem Ausführungsbeispiel.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 1 mit einem Antriebsstrang 2. Der Antriebsstrang 2 weist eine Antriebseinrichtung 3, zum Beispiel einen Verbrennungsmotor, eine Getriebeeinrichtung 4 und eine erste Achse 5 sowie eines zweite Achse 6 auf. In diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Achse 5 eine Vorderachse und gleichzeitig eine Primärachse und entsprechend die zweite Achse 6 eine Hinterachse. Die Begriffe „erste Achse“ und „zweite Achse“ sind entsprechend austauschbar bzw. beliebig änderbar. Das in 1 dargestellte Antriebskonzept des Kraftfahrzeugs 1 ist ebenfalls änderbar, insbesondere derart, dass die erste Achse 5 nicht die Primärachse darstellen muss, sondern es ebenso möglich ist, dass die zweite Achse 6 die Primärachse darstellt. Ebenso ist es möglich, dass beide Achsen 5, 6 angetriebene Achsen sind, wobei insbesondere eine Achse 5, 6 zusätzlich oder alternativ über eine elektrische Maschine angetrieben sein kann.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der ersten Achse 5 ein erstes Achsgetriebe 7 und der zweiten Achse 6 ein zweites Achsgetriebe 8 zugeordnet. Die erste Achse 5 und die zweite Achse 6 können mit einer Verbindungswelle 9 verbunden werden, wobei in diesem Ausführungsbeispiel an der zweiten Achse 6 eine Kupplungseinrichtung 10 angeordnet ist, die die zweite Achse 6 wahlweise mit der ersten Achse 5 verbinden bzw. lösen kann. Zum Beispiel kann die Kupplungseinrichtung 10 als Reibkupplung, insbesondere als Lamellenkupplung, ausgeführt sein. Die Kupplungseinrichtung 10 kann dabei wahlweise die Verbindung zur ersten Achse 5 herstellen oder lösen. Die Achsgetriebe 7, 8 können beispielsweise als Vorderachsdifferential und Hinterachsdifferential ausgeführt sein.
Steht das Kraftfahrzeug 1 zumindest mit jeweils einem Rad der Achsen 5, 6 auf einem Fahrbahnuntergrund mit vergleichsweise niedrigem Reibwert, beispielsweise Eis, Schnee, Schlamm, Sand, Kies oder dergleichen, können schlupfbedingte Schwingungszustände auftreten. Insbesondere kann dabei ein Schwingungszustand auftreten, bei dem die zweite Achse 6 eine höhere Drehzahl aufweist als die erste Achse 5, sodass sich der Antriebsstrang 2 bei geschlossener Kupplungseinrichtung 10 verspannt und die entsprechende Verspannung durch Abbau der Differenzdrehzahl in Form von Schwingungen für die Fahrzeuginsassen wahrnehmbar wird. Das Kraftfahrzeug 1 bzw. der Antriebsstrang 2 weist ferner eine Steuerungseinrichtung 11 auf, die dazu ausgebildet ist, verschiedene Baugruppen, insbesondere die Kupplungseinrichtung 10 des Kraftfahrzeugs 1 zu steuern. Die Steuerungseinrichtung 11 ist ferner mit wenigstens einer Erfassungseinrichtung gekoppelt, die dazu ausgebildet ist, den zuvor beschriebenen schlupfbedingten Schwingungszustand zu erfassen.
Wird ein solcher Schwingungszustand, zum Beispiel basierend auf den Raddrehzahlen, erfasst, ist die Steuerungseinrichtung 11 dazu ausgebildet, den Betriebszustand der Kupplungseinrichtung 10 zu verändern. Die Kupplungseinrichtung 10 kann dabei zumindest teilweise geöffnet werden. Somit kann die Kupplungseinrichtung 10 in einen Rutschzustand verbracht werden, bei dem die als Reibkupplung ausgebildete Kupplungseinrichtung 10 definiert eine Differenz zwischen den Drehzahlen der ersten Achse 5 und der zweiten Achse 6 zulassen kann. Beispielsweise können Lamellen der Kupplungseinrichtung 10 definiert gegeneinander rutschen bzw. gegeneinander bewegt werden, sodass auftretende Verspannungen des Antriebsstrangs 2 abgebaut bzw. verhindert werden können.
Hierzu kann die Kupplungseinrichtung 10 teilweise geöffnet werden, sodass zwar Drehmoment von der ersten Achse 5, insbesondere dem ersten Achsgetriebe 7 an die zweite Achse 6, insbesondere über die teilgeschlossene Kupplungseinrichtung 10 und das zweite Achsgetriebe 8, übertragen werden kann, Differenzdrehzahlen zwischen den Achsen 5, 6 jedoch abgebaut bzw. verhindert werden können.
2, 3 zeigen beispielhafte Diagramme von Fahrzuständen des Kraftfahrzeugs 1, wie diese beispielsweise in der in 1 gezeigten Situation auftreten können. Die genauen Verläufe der einzelnen Kurven sind dabei als lediglich beispielhaft zu verstehen und können in individuellen Fahrsituationen unterschiedlich sein. Die gezeigten Kurven sind daher lediglich als Hilfe für die Beschreibung des Verfahrens zu verstehen, wobei das Verfahren nicht auf die gezeigten Kurven beschränkt ist.
2 zeigt ein Diagramm der Drehzahl der beiden Achsen 5, 6 über der Zeit, beispielsweise in einem Anfahrvorgang, wie dieser in Bezug auf 1 beschrieben wurde. Hierbei zeigt eine erste Kurve 12 die Drehzahl der ersten Achse 5 und eine zweite Kurve 13 zeigt die Drehzahl der zweiten Achse 6 über der Zeit. In dem gezeigten Fahrzustand bauen sich somit die Drehzahlen der ersten Achse 5 und der zweiten Achse 6 zunächst auf, wobei die Drehzahl der ersten Achse 5 gemäß Kurve 12 zunächst stärker aufgebaut wird. Hierbei kann eine Verspannung des Antriebsstrangs 2 ausgeführt werden, d.h., dass sich der Antriebsstrang 2 aufgrund der verschiedenen Raddrehzahlen an den Achsen 5, 6 in sich verspannt.
In 2 ist ein Zeitpunkt 14 dargestellt, bei dem sich die vorliegende Situation umkehrt, das bedeutet, dass die Drehzahlen der Räder an der zweiten Achse 6 schneller drehen als die Drehzahlen der Räder an der ersten Achse 5. Hierbei kann auch von einem „Überholen“ gesprochen werden, wobei die Hinterachse schneller dreht als die Vorderachse. Dieser Zustand führt somit zu einer starken Verspannung des Antriebsstrangs 2, die, falls dieser Schwingungszustand nicht abgebaut wird, zu unangenehmen Schwingungen für die Fahrzeuginsassen und die einzelnen Komponenten des Kraftfahrzeugs 1 führen kann. In diesem Zustand wird somit, wie bereits beschrieben, durch die Steuerungseinrichtung 11 der Betriebszustand der Kupplungseinrichtung 10 verändert. Insbesondere wird die Kupplungseinrichtung 10 dabei derart verändert, dass diese teilweise geöffnet wird und sich somit die aufgebauten Differenzdrehzahlen und die gegebenenfalls aufgebaute Verspannung des Antriebsstrangs 2 abgebaut werden kann.
Zur Reduktion der Schwingungen kann ferner die Vorsteuerung in der Steuerungseinrichtung 11 derart verändert werden, dass nicht mehr auf ein Sollmotormoment geregelt wird, sondern auf ein ist Getriebe-Ausgangsmoment, beispielsweise am Ausgang der Kupplungseinrichtung 10. Die Frequenz, mit der die Vorsteuerung durchgeführt wird, kann dabei durch einen Maximalgradienten begrenzt werden. Insbesondere kann eine Frequenz der Vorsteueränderung derart vorgesehen sein, dass diese von der Frequenz abweicht, in der die Schwingungen auftreten. Die Steuerung zur Reduktion der Schwingungen kann dabei für einen Mindestzeitraum bzw. ein definiertes Zeitintervall durchgeführt werden, beispielsweise 20 Sekunden.
Hierbei kann in Abhängigkeit des vorliegenden Fahrzustands auch ein Betriebszustand der Kupplungseinrichtung 10 in Abhängigkeit einer Traktionsanforderung durchgeführt werden. Benötigt der Antriebsstrang 2 vergleichsweise viel Traktion kann der Betriebszustand der Kupplungseinrichtung 10 entsprechend angepasst werden, sodass die Kupplungseinrichtung 10 so weit geschlossen wird, dass das an der zweiten Achse 6 geforderte Drehmoment bereitgestellt werden kann. Hierbei kann die Kupplungseinrichtung 10 jedoch so weit geöffnet werden, dass sich schlupfbedingt der beschriebene Schwingungszustand nicht einstellen kann.
3 zeigt ein beispielhaftes Diagramm des Drehmoments über der Zeit. Wie bereits in Bezug auf 2 beschrieben, ist die gewählte Darstellung lediglich beispielhaft und kann auf verschiedene Fahrzustände übertragen bzw. abgeändert werden. 3 zeigt eine dritte Kurve 15 und eine vierte Kurve 16, wobei die dritte Kurve 15 beispielhaft das angeforderte Drehmoment bzw. Soll-Drehmoment an der Kupplungseinrichtung 10 darstellt und die vierte Kurve 16 das an der Kupplungseinrichtung 10 anliegende bzw. von dieser übertragene Drehmoment, beispielsweise ein gemessenes Drehmoment, darstellt. Aus 3 wird deutlich, dass zu dem Zeitpunkt 14 zur Reduzierung der Schwingungen in dem Antriebsstrang 2 die Kupplungseinrichtung 10 geöffnet wird und dadurch das durch die Kupplungseinrichtung 10 übertragene Drehmoment abfällt. Der Betriebszustand, also der Öffnungszustand bzw. Schließzustand, der Kupplungseinrichtung 10 kann nachfolgend derart verändert werden, dass das angeforderte Drehmoment bereitgestellt werden kann, jedoch zugelassen wird, dass sich die Differenzdrehzahlen bzw. die Verspannungen im Antriebsstrang 2 reduzieren oder verhindern lassen.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Antriebsstrang
3: Antriebseinrichtung
4: Getriebeeinrichtung
5, 6: Achse
7, 8: Achsgetriebe
9: Verbindungswelle
10: Kupplungseinrichtung
11: Steuerungseinrichtung
12, 13: Kurve
14: Zeitpunkt
15, 16: Kurven

Claims

Verfahren zur Reduzierung von Schwingungen in einem Antriebsstrang (2) eines Kraftfahrzeugs (1), das eine erste und eine zweite antreibbare Achse (5, 6) aufweist, wobei Drehmoment von einer angetriebenen ersten Achse (5, 6), insbesondere einer Vorderachse, mittels einer Verbindungswelle (9) an die zweite Achse (5, 6), insbesondere einer Hinterachse, übertragbar ist, wobei die zweite Achse (5, 6) mittels einer Kupplungseinrichtung (10), insbesondere einer Reibkupplung, wahlweise mit der ersten Achse (5, 6) verbindbar oder verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwingungszustand des Antriebsstrangs (2) erfasst wird, bei dem schlupfbedingt eine Schwingung zwischen der ersten und der zweiten Achse (5, 6) auftritt und dass zur Reduzierung von Schwingungen in Abhängigkeit des erfassten Schwingungszustands ein Betriebszustand der Kupplungseinrichtung (10) verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (10) als Reibkupplung, insbesondere als Lamellenkupplung, ausgebildet ist und der Schließzustand der Kupplungseinrichtung (10) bei einem erfassten Schwingungszustand derart verändert wird, dass die Kupplungseinrichtung (10) teilweise geöffnet, insbesondere in einen Rutschzustand versetzt, wird, um eine Verspannung des Antriebsstrangs (2) zwischen der ersten Achse (5, 6) und der zweiten Achse (5, 6) abzubauen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand der Kupplungseinrichtung (10) in Abhängigkeit einer Traktionsanforderung gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Achse (5, 6) und der zweiten Achse (5, 6) auftretender Schlupf erfasst und der Schließzustand in Abhängigkeit von dem erfassten Schlupf, insbesondere basierend auf einem PI-Regler, verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (10) bei negativem Schlupf zumindest teilweise geöffnet wird.
Verfahren nach einem Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei erfasstem negativem Schlupf für ein definiertes Zeitintervall eine Steuerung des von der Antriebseinrichtung (3) an die erste und/oder die zweite Achse (5, 6) übertragenen oder übertragbaren Drehmoments, insbesondere auf ein Ist-Drehmoment, reduziert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand der Kupplungseinrichtung (10) in Form einer Vorsteuerung durchgeführt wird, insbesondere bevor eine schlupfbedingte Schwingung im Antriebsstrang (2) auftritt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsteuerung auf einen definierten Maximalgradienten begrenzt durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung des Betriebszustands in der Vorsteuerung mit einer von der Frequenz der Schwingung abweichenden Frequenz der Vorsteueränderung durchgeführt wird.
Kraftfahrzeug (1), umfassend eine Steuerungseinrichtung (11) und einen Antriebsstrang (2) mit einer Antriebseinrichtung (3), einer ersten Achse (5, 6) und einer Kupplungseinrichtung (10), die dazu ausgebildet ist, die erste Achse (5, 6) wahlweise mit einer zweiten Achse (5, 6) zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (11) dazu ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche auszuführen.