DE102022004077A1 - Method for torque distribution in a drive train of a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Drehmomentverteilung in einem Antriebsstrang (1) eines Fahrzeugs. Erfindungsgemäß werden für eine Fahrsituation eine optimierte Gierwinkelgeschwindigkeit (ip) und eine mit dieser korrelierende Gierwinkelbeschleunigung des Fahrzeugs ermittelt. Basierend auf der Gierwinkelbeschleunigung wird ein erforderliches Giermoment (Myaw) zum Erreichen der Gierwinkelbeschleunigung ermittelt, wobei zur Einstellung des Giermoments (Myaw) erforderliche Drehmomente von Aktoren des Antriebsstrangs (1) zum Antrieb von Fahrzeugrädern (4 bis 7) ermittelt und modifiziert werden. Bei der Ermittlung und Modifikation der Drehmomente der Aktoren werden Zustände des einem jeweiligen Aktor zugeordneten Fahrzeugrades (4 bis 7) berücksichtigt.The invention relates to a method for torque distribution in a drive train (1) of a vehicle. According to the invention, an optimized yaw angle speed (ip) and a yaw angle acceleration of the vehicle that correlates with this are determined for a driving situation. Based on the yaw angle acceleration, a required yaw moment (Myaw) is determined to achieve the yaw angle acceleration, wherein torques of actuators of the drive train (1) for driving vehicle wheels (4 to 7) required to set the yaw moment (Myaw) are determined and modified. When determining and modifying the torques of the actuators, states of the vehicle wheel (4 to 7) assigned to a respective actuator are taken into account.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Drehmomentverteilung in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs.The invention relates to a method for torque distribution in a drive train of a vehicle.
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zur Drehmomentverteilung in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs anzugeben.The invention is based on the object of specifying a novel method for torque distribution in a drive train of a vehicle.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.The object is achieved according to the invention by a method which has the features specified in
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.
In dem Verfahren zur Drehmomentverteilung in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs, auch als Torque-Vectoring bezeichnet, werden erfindungsgemäß für eine Fahrsituation eine optimierte Gierwinkelgeschwindigkeit und eine mit dieser korrelierende Gierwinkelbeschleunigung des Fahrzeugs ermittelt. Basierend auf der Gierwinkelbeschleunigung wird ein erforderliches Giermoment zum Erreichen der Gierwinkelbeschleunigung ermittelt, wobei zur Einstellung des Giermoments erforderliche Drehmomente von Aktoren des Antriebsstrangs zum Antrieb von Fahrzeugrädern ermittelt und modifiziert werden. Bei dieser Ermittlung und Modifikation der Drehmomente der Aktoren werden Zustände des einem jeweiligen Aktor zugeordneten Fahrzeugrades berücksichtigt.In the method for torque distribution in a drive train of a vehicle, also referred to as torque vectoring, an optimized yaw rate and a yaw acceleration of the vehicle that correlates with this are determined according to the invention for a driving situation. Based on the yaw acceleration, a required yaw moment is determined to achieve the yaw acceleration, with torques required from actuators of the drive train for driving vehicle wheels being determined and modified to set the yaw moment. When determining and modifying the torques of the actuators, the states of the vehicle wheel assigned to a respective actuator are taken into account.
Das vorliegende Verfahren ermöglicht, ein dynamisches Fahrverhalten eines Fahrzeugs für jede mögliche Fahrsituation sicherzustellen. Dies geschieht durch die Bestimmung der gewünschten Gierwinkelgeschwindigkeit für die jeweilige Fahrsituation und der damit korrelierenden Gierwinkelbeschleunigung. Ausgehend von der gewünschten Gierwinkelbeschleunigung ist es möglich, das für das dynamische Fahrverhalten erforderliche Giermoment zu ermitteln. Um dieses gewünschte Giermoment zu erreichen, werden mittels des Verfahrens die Drehmomente der Aktoren des Antriebsstrangs gezielt verändert, so dass Kräfte zwischen Reifen der Fahrzeugräder und einer Fahrbahnoberfläche in einer x-y-Ebene, das heißt Längs- und Querkräfte, verändert werden. Dabei wird unter Berücksichtigung der Zustände der einzelnen Fahrzeugräder ein erforderliches Drehmoment für jeden Aktor ermittelt.The present method makes it possible to ensure dynamic driving behavior of a vehicle for every possible driving situation. This is done by determining the desired yaw rate for the respective driving situation and the associated yaw acceleration. Based on the desired yaw acceleration, it is possible to determine the yaw moment required for dynamic driving behavior. In order to achieve this desired yaw moment, the torques of the actuators of the drive train are specifically changed using the method so that forces between the tires of the vehicle wheels and a road surface in an x-y plane, i.e. longitudinal and transverse forces, are changed. A required torque is determined for each actuator, taking into account the states of the individual vehicle wheels.
In einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens werden die Zustände der Fahrzeugräder mittels Aktivitätszuständen von den Fahrzeugrädern zugeordneten Schlupfreglern definiert. Somit können Fahrzeugräder mit für die Einstellung des Giermoments ungenügender Traktion ermittelt werden. Unter einem Schlupfregler wird dabei insbesondere ein Regler verstanden, welcher eine auf das jeweilige Fahrzeugrad wirkende Antriebskraft bei mangelnder Traktion des Fahrzeugrades derart drosselt, dass ein Radschlupf minimiert und die Traktion erhöht wird.In one possible embodiment of the method, the states of the vehicle wheels are defined by means of activity states of the slip controllers assigned to the vehicle wheels. In this way, vehicle wheels with insufficient traction for setting the yaw moment can be identified. A slip controller is understood in particular to be a controller which throttles a driving force acting on the respective vehicle wheel when the vehicle wheel lacks traction in such a way that wheel slip is minimized and traction is increased.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens bleibt bei einem aktivierten Schlupfregler eines Fahrzeugrades ein diesem Fahrzeugrad zugeordneter Aktor bei der Einstellung des Giermoments unberücksichtigt. Hierdurch wird ermöglicht, dass Fahrzeugräder mit unzureichender Traktion bei der Einstellung des gewünschten Giermoments unberücksichtigt bleiben können, so dass eine besonders zuverlässige und exakte Giermomenteinstellung realisiert werden kann.In another possible embodiment of the method, when the slip controller of a vehicle wheel is activated, an actuator assigned to this vehicle wheel is not taken into account when setting the yaw moment. This makes it possible for vehicle wheels with insufficient traction to be disregarded when setting the desired yaw moment, so that a particularly reliable and precise yaw moment setting can be achieved.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird nach einer Aktivierung eines Schlupfreglers eines Fahrzeugrades ein Betrag eines mittels eines diesem Fahrzeugrad zugeordneten Aktors erzeugten Drehmoments zur Einstellung des Giermoments kontrolliert auf den Wert Null verringert. Somit kann eine aus dem vorhandenen Radschlupf resultierende und aufgrund einer hohen, nur ungenügend prädizierbare dynamischen Änderung dieses Radschlupfes ebenfalls nur ungenügend prädizierbare, mittels des entsprechenden Fahrzeugrades erzeugte Antriebsleistung kontrolliert minimiert werden, so dass ein aus dem Radschlupf resultierender negativer Einfluss auf die Giermomenteinstellung minimiert werden kann.In a further possible embodiment of the method, after activation of a slip controller of a vehicle wheel, an amount of a torque transmitted by an actuator assigned to this vehicle wheel The torque generated to adjust the yaw moment is reduced in a controlled manner to the value zero. In this way, a drive power generated by the corresponding vehicle wheel resulting from the existing wheel slip and due to a high, only inadequately predictable dynamic change in this wheel slip, which is also only inadequately predictable, can be minimized in a controlled manner, so that a negative influence on the yaw moment setting resulting from the wheel slip can be minimized.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird gleichzeitig mit der Verringerung des Betrags des Drehmoments des Aktors mit dem aktivierten Schlupfregler auf den Wert Null das Drehmoment zumindest eines der zur Einstellung des Giermoments verwendeten anderen Aktoren derart angepasst, dass das erforderliche Giermoment eingestellt wird. Dies ermöglicht, dass die Drehmomentverteilung im Antriebsstrang auch dann weiterarbeitet, wenn ein Schlupfregler aktiv ist, wobei dann die verbleibenden Aktoren angesteuert werden können, welche in diesem Moment nicht schlupfgesteuert sind.In another possible embodiment of the method, at the same time as the amount of torque of the actuator with the activated slip controller is reduced to zero, the torque of at least one of the other actuators used to adjust the yaw moment is adjusted in such a way that the required yaw moment is set. This allows the torque distribution in the drive train to continue working even when a slip controller is active, whereby the remaining actuators that are not slip-controlled at that moment can then be controlled.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens werden die Ermittlung und Modifikation der Drehmomente der Aktoren zur Einstellung des Giermoments anhand eines physikalischen Modells durchgeführt, wobei in dem physikalischen Modell jedem Aktor eine mathematische Gleichung zugeordnet ist und jede dieser Gleichungen einen physikalischen und/oder logischen Zusammenhang zwischen unterschiedlichen Drehmomenten der Aktoren und dem einzustellenden Giermoment des Fahrzeugs beschreibt. Somit wird in besonders vorteilhafter Weise ein Satz von Gleichungen basierend auf Physik und Logik definiert, um realistische und erreichbare Drehmomente für die Aktoren bestimmen zu können. Somit kann sichergestellt werden, dass das gewünschte Giermoment erreicht wird.In another possible embodiment of the method, the determination and modification of the torques of the actuators for setting the yaw moment are carried out using a physical model, whereby a mathematical equation is assigned to each actuator in the physical model and each of these equations describes a physical and/or logical relationship between different torques of the actuators and the yaw moment of the vehicle to be set. In this way, a set of equations based on physics and logic is defined in a particularly advantageous manner in order to be able to determine realistic and achievable torques for the actuators. This ensures that the desired yaw moment is achieved.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird dann, wenn an einer Antriebsachse des Fahrzeugs ein Aktor zum Antrieb mehrerer Fahrzeugräder vorgesehen ist, in einer diesem Aktor zugeordneten mathematischen Gleichung ein fiktiver Hebelarm berücksichtigt, um auch bei einem solchen Aufbau eine zuverlässige Bestimmung der Drehmomente der Aktoren und daraus folgend eine zuverlässige Einstellung des gewünschten Giermoments realisieren zu können.In a further possible embodiment of the method, if an actuator for driving several vehicle wheels is provided on a drive axle of the vehicle, a fictitious lever arm is taken into account in a mathematical equation assigned to this actuator in order to be able to reliably determine the torques of the actuators and, as a result, to reliably set the desired yaw moment even with such a structure.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens werden dann, wenn das in dem physikalischen Modell abgebildete Gleichungssystem mathematisch nicht lösbar ist, alternative Gleichungen zur Ermittlung und Modifikation der Drehmomente der Aktoren zur Einstellung des Giermoments (Myaw) verwendet. Somit kann die Bestimmung realistischer und erreichbarer Drehmomente für die Aktoren für unterschiedliche Bedingungen sichergestellt werden.In another possible embodiment of the method, if the system of equations represented in the physical model cannot be solved mathematically, alternative equations are used to determine and modify the torques of the actuators to adjust the yaw moment (M yaw ). This ensures that realistic and achievable torques for the actuators can be determined for different conditions.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Dabei zeigen:
-
1 schematisch ein Modell eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs bei einer Kurvenfahrt, -
2 schematisch ein Modell eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs bei einer Geradeausfahrt, -
3 schematisch ein weiteres Modell eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs bei einer Kurvenfahrt und -
4 schematisch zeitliche Verläufe eines Giermoments und verschiedener Kräfte.
-
1 schematically a model of a drive train of a vehicle during cornering, -
2 schematically a model of a drive train of a vehicle driving straight ahead, -
3 schematically another model of a drive train of a vehicle during cornering and -
4 Schematic temporal progression of a yaw moment and various forces.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference numerals in all figures.
In
Der Antriebsstrang 1 umfasst zwei Antriebsachsen 2, 3, insbesondere eine Vorderachse (= Antriebsachse 2) und eine Hinterachse (= Antriebsachse 3), wobei an jeder Antriebsachse 2, 3 jeweils zwei Fahrzeugräder 4 bis 7 angeordnet sind.The
Dabei können vorliegend sowohl die Fahrzeugräder 4, 5 an der Vorderachse als auch die Fahrzeugräder 6, 7 an der Hinterachse gelenkt werden. Somit ergeben sich Lenkwinkel δvl, δvr, δhl, δhr der einzelnen Fahrzeugräder 4 bis 7 zu einer Fahrzeuglängsachse.In this case, both the
Um ein bestimmtes dynamisches Fahrverhalten des Fahrzeugs für verschiedene Fahrsituationen sicherzustellen, umfasst das Fahrzeug eine Antriebssteuerung. Mittels dieser erfolgt eine Bestimmung einer gewünschten Gierwinkelgeschwindigkeit ψ̇ für die entsprechende Fahrsituation und einer korrelierenden Gierwinkelbeschleunigung.In order to ensure a certain dynamic driving behavior of the vehicle for different driving situations, the vehicle includes a drive control. This is used to determine a desired yaw rate ψ̇ for the corresponding driving situation and a correlating yaw rate acceleration.
Basierend auf der gewünschten Gierwinkelbeschleunigung ist es möglich, ein in
Im Folgenden wird ein Algorithmus zum Berechnen eines erforderlichen Drehmoments für jeden Aktor beschrieben, um ein bestimmtes Giermoment Myaw zu erreichen. Dabei wird ein Zustand jedes Fahrzeugrades 4 bis 7 berücksichtigt.The following describes an algorithm for calculating a required torque for each actuator to achieve a certain yaw moment M yaw , taking into account a state of each
Um die Drehmomente der Aktoren zu berechnen, welche zum Einstellen des gewünschten Giermoments Myaw erforderlich sind, ist in der Antriebssteuerung ein physikalisches Modell implementiert.In order to calculate the torques of the actuators required to set the desired yaw moment M yaw , a physical model is implemented in the drive control.
In diesem Modell sind mathematische Gleichungen definiert, welche einen physikalischen und/oder logischen Zusammenhang zwischen unterschiedlichen Momenten der Aktoren und dem Giermoment Myaw beschreiben. Eine Anzahl der für die Torque-Vectoring-Funktion verfügbaren Aktoren definiert eine Menge an Gleichungen, die zur Berechnung des Drehmoments bzw. einer Änderung des Drehmoments für jeden Aktor erforderlich sind. Für einen Antriebsstrang 1 mit vier Aktoren, welche Stellglieder bilden, werden somit folgende vier mathematische Gleichungen aufgestellt, wobei die Anzahl der Gleichungen der Anzahl der Aktoren innerhalb des Antriebsstrangs 1, die für die Torque-Vectoring-Funktion verfügbar sind, entspricht:In this model, mathematical equations are defined that describe a physical and/or logical relationship between different moments of the actuators and the yaw moment M yaw . A number of actuators available for the torque vectoring function defines a set of equations that are required to calculate the torque or a change in the torque for each actuator. For a
Gleichung (1) gibt dabei gemäß
Gleichung (2) gibt dabei gemäß
Die Gleichungen (3) und (4) geben gemäß
Die Gleichungen (1) bis (4) können in einer möglichen Ausgestaltung in einer Matrixform gemäß
Vor dem Lösen der Matrixgleichungen muss eine Determinante der Matrix berechnet werden, um sicherzustellen, dass das System eine eindeutige Lösung hat.Before solving the matrix equations, a determinant of the matrix must be calculated to ensure that the system has a unique solution.
Wenn sich herausstellt, dass die Determinante, wie beispielsweise gemäß
Null oder nahe Null ist, muss ein alternativer Satz von Gleichungen definiert werden, um eine eindeutige Lösung für das System sicherzustellen.is zero or close to zero, an alternative set of equations must be defined to ensure a unique solution for the system.
Ein solcher alternativer Satz von Gleichungen wird beispielsweise für den Fall definiert, in welchem das Fahrzeug geradeaus fährt.Such an alternative set of equations is defined, for example, for the case where the vehicle is driving straight ahead.
Bei der Definition des alternativen Satzes von Gleichungen wird beispielsweise davon ausgegangen, dass eine Spurweite an der Vorderachse und der Hinterachse des Fahrzeugs ebenso gleich ist wie ein Durchmesser aller Fahrzeugräder 4 bis 7. Auch hierbei können wieder weitere Faktoren, wie beispielsweise ein Reifenzustand (Temperatur, Kammscher Kreis), berücksichtigt werden.When defining the alternative set of equations, it is assumed, for example, that the track width on the front axle and the rear axle of the vehicle is the same, as is the diameter of all
Dieser Satz von Gleichungen umfasst beispielsweise:This set of equations includes, for example:
Gleichung (8) gemäß
Gleichung (9) gemäß
Gleichung (10) gemäß
Gleichung (11) gemäß
Somit ergibt sich ein Matrixsystem gemäß
Somit kann ein Satz logischer Bedingungen mit entsprechenden Gleichungen (8) bis (10) definiert werden, um realistische und erreichbare Drehmomente an den Fahrzeugrädern 4 bis 7 zu erhalten.Thus, a set of logical conditions with corresponding equations (8) to (10) can be defined to obtain realistic and achievable torques at the
In
Ein solches Modell wird verwendet, wenn der Antriebsstrang 1 weniger als vier Aktoren aufweist. Ist dies der Fall, wird das Gleichungssystem entsprechend angepasst. Weist der Antriebsstrang 1 beispielsweise nur einen Aktor an der Vorderachse und/oder Hinterachse auf, wird zusätzlich ein fiktiver Hebelarm lv ermittelt.Such a model is used if the
Vorliegend ist ein Beispiel des Antriebsstrangs 1 mit zwei Aktoren an der Hinterachse und einem Aktor an der Vorderachse dargestellt.An example of
Drehmomente für einen solchen Antriebsstrang 1 mit drei Aktoren können berechnet werden, indem nur drei Gleichungen gemäß
Für den dargestellten Antriebsstrang 1 mit einem Aktor an der Vorderachse und zwei Aktoren an der Hinterachse, welche jeweils mit einem Fahrzeugrad 6, 7 verbunden sind, wird ein modifizierter fiktiver Hebelarm lv für eine vom vorderen Aktor bereitgestellte Kraft Fl,v bei einem Lenkwinkel δv erzeugt. Basierend auf einem Reifenzustand (Temperatur, Kammscher Kreis) der Fahrzeugräder 4, 5 an der Vorderachse ist es möglich, diesen fiktiven Hebelarm lv zu modifizieren.For the illustrated
Somit ergibt sich ein Matrixsystem gemäß
Für alle genannten Ausführungsbeispiele des Antriebsstrangs 1 gilt, dass dann, wenn ein Schlupfregler für einen Aktor aktiv wird, dieser Aktor nicht mehr aktiv für die Torque-Vectoring-Funktion verwendet wird. Der Betrag des Drehmoments dieses Aktors wird dann kontrolliert auf den Wert Null verringert. Gleichzeitig wird das Drehmoment der für die Torque-Vectoring-Funktion aktiv genutzten Aktoren so verändert, dass das gewünschte Giermoment Myaw erhalten bleibt.For all of the above-mentioned embodiments of the
Unter einem Schlupfregler wird dabei ein Regler verstanden, welcher eine auf das jeweilige Fahrzeugrad 4 bis 7 wirkende Antriebskraft bei mangelnder Traktion des Fahrzeugrades 4 bis 7 bei positivem Radschlupf derart drosselt, dass der Radschlupf minimiert wird. Bei negativem Radschlupf wird in einer möglichen Ausgestaltung die Antriebskraft, beispielsweise ähnlich eines Betriebs eines Antiblockiersystems, gegebenenfalls erhöht.A slip controller is understood to be a controller which throttles a driving force acting on the
In
In einem Zeitraum t1 wird die Torque-Vectoring-Funktion mit den drei Aktoren, das heißt einem Aktor an der Vorderachse und zwei Aktoren an der Hinterachse, ausgeführt.In a period t 1 , the torque vectoring function is executed with the three actuators, i.e. one actuator on the front axle and two actuators on the rear axle.
Wird zu einem Zeitpunkt zwischen dem Zeitraum t1 und einem folgenden Zeitraum t2 ein Schlupfregler für den Aktor der Vorderachse aktiv, wird der Betrag des Drehmoments dieses Aktors, das heißt die Kraft Fl,v, in dem Zeitraum t2 kontrolliert auf den Wert Null verringert. Gleichzeitig werden zum Ausgleich die Beträge der Momente der Aktoren der Hinterachse, das heißt die Kräfte Fl
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- AntriebsstrangDrivetrain
- 2, 32, 3
- AntriebsachseDrive axle
- 4 bis 74 to 7
- Fahrzeugrad Vehicle wheel
- Fl,v, Flvl, Flvrvr, Flhl, FlhrFl,v, Flvl, Flvrvr, Flhl, Flhr
- KraftPower
- lv, lvl, lvr, lhl, lhrlv, lvl, lvr, lhl, lhr
- HebelarmLever arm
- MyawMyaw
- GiermomentYaw moment
- SS
- Schwerpunktmain emphasis
- t1 bis t3t1 to t3
- ZeitraumPeriod
- x, yx, y
- Koordinate Coordinate
- δv, δvl, δvr, δhl, δhrδv, δvl, δvr, δhl, δhr
- LenkwinkelSteering angle
- ψ̇ψ̇
- GierwinkelgeschwindigkeitYaw rate
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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