DE102022100619A1

DE102022100619A1 - Torque Vectoring mit individuellem Fahrerprofil

Info

Publication number: DE102022100619A1
Application number: DE102022100619.0A
Authority: DE
Inventors: Claudio Fernandes; Michael Klandt
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2022-01-12
Filing date: 2022-01-12
Publication date: 2023-07-13

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrofahrzeuges mit aktiver Drehmomentenverteilung. Hierbei wird ein individuelles Fahrprofil ermittelt und zusammen mit einer üblichen Software zur aktiven Drehmomentverteilung überlagert, sodass ein optimiertes Fahrverhalten insbesondere bei Verwendung einer Verbundlenkerachse hervorgebracht werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Betreiben eines Elektrokraftfahrzeuges gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrofahrzeuges gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 6.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, das Fahrverhalten von Kraftfahrzeugen zu beeinflussen.
Hierbei sind zwei bekannte Systeme, das elektronische Stabilitätssystem sowie das Torque Vectoring bzw. die aktive Drehmomentenverteilung.
Beim elektronischen Stabilitätssystem ist die Vermeidung von kritischen Fahrzuständen das zu erreichende Ziel.
Bei dem Torque Vectoring kann zum einen bei kritischen Fahrzuständen eingegriffen werden, bzw. diesen vorgebeugt werden. Zum anderen kann jedoch auch durch das Torque Vectoring die Fahrdynamik des Kraftfahrzeuges, und damit die zu erreichenden Fahreigenschaften verbessert werden.
Insbesondere bei Elektrokraftfahrzeugen ist der Einsatz von Torque Vectoring aufgrund von der Anordnung individueller Elektromotoren zu einem Rad oder gar der Ausbildung von Radnabenmotoren selber, besonders einfach möglich, da das gewünschte Drehmoment an dem Elektromotor unmittelbar einstellbar ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Fahrverhalten eines Kraftfahrzeuges, insbesondere Elektrofahrzeuges bei geringerem Aufwand in den Herstellungskosten dennoch zu steigern.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Anordnung zum Betreiben eines Elektrofahrzeuges mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ein verfahrenstechnischer Teil der Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen im Anspruch 6gelöst.
Die Anordnung zum Betreiben eines Elektrofahrzeuges sieht vor, dass das Drehmoment an den einzelnen Rädern zumindest einer Achse, insbesondere einer Hinterachse, geregelt oder gesteuert wird. Erfindungsgemäß zeichnet sich die Anordnung dadurch aus, dass die Achse selbst insbesondere eine Verbundlenkerachse ist und dass ein individuelles Fahrerprofil genutzt ist, um die Drehmomentverteilung zu regeln und/oder zu steuern.
Auch ist die Erfindung mit einer Mehrlenkerachse umzusetzen.
Hierdurch werden zwei Vorteile gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen erreicht. Zum einen werden durch das erfindungsgemäße Verwenden einer Verbundlenkerachse die Kosten für die Herstellung der Aufhängungskinematik des Kraftfahrzeuges deutlich reduziert. Im Gegensatz zu Mehrlenkereinzelradaufhängungen kann eine deutlich günstigere Verbundlenkerachse in der Konstruktion und Herstellung sowie auch der späteren Wartung deutlich günstigere Verbundlenkerachse verwendet werden. Durch diesen Vorteil können die Herstellungskosten des Kraftfahrzeuges gesenkt werden.
Eine Verbundlenkerachse hat jedoch im Vergleich zu Einzelradaufhängungen, insbesondere vier oder fünf Lenkeranbindungen, in der Fahrdynamikperformance Nachteile. Diese Nachteile werden durch zwei Maßnahmen kompensiert. Zum einen wird ein Torque Vectoring, mithin eine aktive Drehmomentenverteilung verwendet, um dadurch die Fahrdynamik zu verbessern. Erfindungsgemäß ist jedoch ein wesentlicher weiterer Vorteil vorgesehen. Die aktive Drehmomentenveteilung wird nicht über eine aus dem Stand der Technik bekannte Methode geregelt bzw. gesteuert. Vielmehr ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zunächst ein individuelles Fahrerprofil, eine so genannte Fahrer-DNA ermittelt wird. Dieses individuelle Fahrerprofil wird dann als zusätzliche Regelgröße zu dem bekannten Regelungs- und Steuerungsverhalten einer aktiven Drehmomentverteilung aufgeschaltet bzw. aufgesetzt. Hierdurch ist es möglich, die Fahrdynamik an den individuellen Fahrstil eines Fahrers zusätzlich anzupassen. Für den jeweiligen Fahrer sowie sein individuelles Fahrverhalten wird dadurch die Fahrdynamik des Elektrofahrzeuges nochmals gesteigert, sodass in normalen bis hin zu Grenzsituationen das Fahrverhalten des Fahrzeuges auch gegenüber einem mit herkömmlicher Drehmomentverteilung ausgestattetem Fahrzeug nochmals deutlich gesteigert wird.
Das individuelle Fahrerprofil bzw. die Fahrer-DNA wird wie folgt ermittelt. Verschiedene Fahrer verhalten sich unterschiedlich bei gleichen Situationen. Auch kann wiederum der gleiche Fahrer sich unterschiedlich verhalten, abhängig von seiner jeweiligen Tagessituation bzw. emotionalen Situation. Hierzu wird eine neurales Netzwerk verwendet, aufweisend ein Fahrzeugmodell plus das individuelle Fahrerprofil. Bevorzugt sind entweder Ausgangsparameter festgelegt und es erfolgt dann in einer selbstlernenden Anlernphase ein Anlernen des Fahrerprofils. Bevorzugt wird dann das Fahrerprofil abgespeichert, beispielsweise im verwendeten Fahrzeugschlüssel oder auch auf einem Menüinterface, sodass wenn genau dieser Fahrer, beispielsweise Fahrer 1, in das Fahrzeug steigt, er beim nächsten Bedienen des Fahrzeuges, sein Fahrerprofil unmittelbar abrufen kann. Auch ist es möglich, den Anlerneffekt derart zu beschleunigen, dass durch vorausgewählte Parameter beispielsweise Sport, Economy oder Comfort, eine Voreinstellung des Fahrerprofils erfolgt. Ein sportlicher Fahrer verhält sich hinsichtlich Gaspedalstellung und Lenkwinkel anders, als ein ökonomischer Fahrer wiederum anders als ein Fahrer, der besonders komfortabel reisen möchte. Das weitere Feintuning der individuellen Fahrerprofile erfolgt dann wiederum durch einen Anlernprozess.
Insbesondere wird der Anlernprozess mit folgenden Eingangsgrößen dargestellt: Lenkwinkel, Lenkwinkelgeschwindigkeit, Fahrzeuggeschwindigkeit, Gaspedalstellung, Bremspedal. Hieraus lassen sich wiederum dann mindestens drei Ausgangsgrößen ermitteln, dies sind die Gierrate, die laterale Beschleunigung sowie der Schwimmwinkel bzw. die Querbeschleunigung.
Somit können letzten Endes der Lenkwinkeleinschlag, die Kraftfahrzeuggeschwindigkeit, die Längsbeschleunigung sowie die Gierrate genutzt werden, um daraus das benötigte Drehmoment an einem einzelnen Rad festzulegen, um die Fahreigenschaften gezielt zu beeinflussen hinsichtlich verbesserter Fahrdynamik oder auch hinsichtlich Stabilisierung des Fahrzustandes.
Eine deutliche Verbesserung wird ermöglicht, wenn das Fahrzeug zusätzlich über eine aktive Feder- und/oder Dämpferregelung verfügt. Hierbei können beispielsweise Stahlfedern mit aktiv in der Dämpferrate einstellbaren Stoßdämpfern verwendet werden. Besonders bevorzugt werden Luftfedern verwendet, wobei die Federrate der Luftfedern dann ebenfalls geregelt oder gesteuert wird.
Es hat sich erfindungsgemäß gezeigt, dass eine deutliche Verbesserung ermöglicht wird, wenn das Fahrzeug luftgefedert ist und die Luftfedern, insbesondere die Federrate der Luftfedern ebenfalls geregelt oder gesteuert werden.
Letzten Endes ist dann ein erfindungsgemäßes Elektrofahrzeug mit einer Verbundlenkerachse ausgerüstet sowie einer Luftfederung und es erfolgt eine aktive Drehmomentverteilung, insbesondere an einer Achse welche besonders bevorzugt die Hinterachse ist. Weiterhin erfindungsgemäß ist hierzu nicht nur eine herkömmliche aktive Drehmomentverteilung nach einem bekannten Verfahren angewendet, nein, es wird ein individuell ermitteltes Fahrerprofil genutzt und als Regelgröße aufgesetzt bzw. aufgeschaltet, um die Fahreigenschaften für das individuelle Fahrverhalten des Fahrers nochmals zu verbessern. Insbesondere werden dabei die laterale Beschleunigung, die Gierrate und die Gierbewegung bzw. auch die Querbeschleunigung als zusätzliche Maßnahme zu regeln bzw. zu steuern, sodass ein individuelles Fahrverhalten für den individuellen Fahrer anhand seines individuellen Fahrerprofils erreicht wird.
Weiterhin kann ein elektronisches Stabilitätsprogramm entfallen, da insbesondere für ein Über- oder Untersteuern die Drehmomentkontrolle bzw. die aktive Drehmomentverteilung verwendet wird, um die Funktion des elektronischen Stabilitätsprogrammes zu übernehmen.
Es hat sich erfindungsgemäß gezeigt, dass durch das Aufschalten eines individuellen Fahrerprofils in die Regelung bzw. Steuerung der aktiven Drehmomentverteilung das Fahrverhalten bis zu 45 % verbessert werden kann, beispielsweise bei einem ISO3888-2 doppeltem Spurwechseltest. Insbesondere kann eine deutlich höhere Gierrate und Querbeschleunigung erreicht werden, bei gleichzeitig einem stabilem Fahrzustand des Fahrzeuges. Das Ganze bei deutlich konstruktiv einfacherer und damit kostengünstigerer Aufhängungskinematik der Verbundlenkerachse
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrofahrzeuges, wobei zumindest an einer Achse das Drehmoment an jedem Rad individuell geregelt oder gesteuert wird, insbesondere mit einer zuvor beschriebenen Anordnung und ganz besonders bevorzugt unter Verwendung einer Verbundlenkerachse. Hierzu wird gemäß dem Verfahren zunächst ein individuelles Fahrerprofil ermittelt. Diese Ermittlung kann erfolgen beispielsweise durch Voreingabe von Parametern und dann einem Feintuning, bzw. kann auch zunächst eine Anlernphase eingeleitet werden, sodass die ersten Sekunden oder auch Minuten des Fahrens dazu genutzt werden, ein individuelles Fahrerprofil zu ermitteln. Dieses individuelle Fahrerprofil, auch Fahrer-DNA genannt, wird dann auf die Regelungs- und Steuerungseinheit für die aktive Drehmomentenverteilung aufgeschaltet. Hierdurch werden insbesondere Gierrate und Querbeschleunigung aber auch die Längsbeschleunigung individuell für den Fahrer optimal geregelt bzw. gesteuert.
Es erfolgt somit eine aktive Drehmomentenverteilung und/oder ein aktives regelmäßiges Steuern der Feder-/Dämpferregelung, insbesondere der Luftfederung, insbesondere der Federrate einer jeden Luftfeder an den einzelnen Rädern.
Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften, Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausgestaltungvarianten werden in schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung.

1 zeigt eine Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug
2 zeigt eine alternative Draufsicht unter Einwirkung der Querbeschleunigung
3 zeigt eine Mittlungsmöglichkeit für ein individuelles Fahrerprofil und
4 eine Regelungsstrecke für ein Elektrofahrzeug zur aktiven Drehmomentverteilung unter Positionierung des individuellen Fahrerprofils

1 zeigt eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Elektrofahrzeug 1. Jedes einzelne Rad 2 hat dabei eine unterschiedliche Antriebskraft 3 in Kraftfahrzeuglängsrichtung X. Die jeweils unterschiedliche Antriebskraft 3 ist in Form eines Kraftfalls, welche an der Radaufstandsfläche an die Straße angesetzt wird. Durch ein jeweils unterschiedliches Drehmoment, welches von einem jeweiligen Elektromotor 4 aufgebracht ist, ist es somit möglich, eine individuelle Drehmomentverteilung vorzunehmen. Hierdurch ergibt sich dann ein Giermoment 5 um die Kraftfahrzeugvertikalachse Z.
2 zeigt eine Draufsicht auf einen Elektrofahrzeug 1. Hierbei sind auch wiederum verschiedene Antriebskräfte 3 in Kraftfahrzeuglängsrichtung X an den jeweiligen Rädern 2 dargestellt. Zudem ist noch eine Seitenkraft 6 aufgrund einer Querbeschleunigung dargestellt, die ebenfalls an den Rädern 2 unterschiedlich bei einer Kurvenfahrt ansetzt. Auch hier ergibt sich dann wiederum ein Giermoment 5 um die Kraftfahrzeugvertikalachse Z.
Damit nunmehr diese Fahrdynamik verbessert wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Elektrofahrzeug 1 insbesondere an der Hinterachse verbessert wird, Positionskosten zur Herstellung des Kraftfahrzeuges gesenkt werden, ist vorgesehen, dass an der Hinterachse des Elektrofahrzeuges bevorzugt eine Verbundlenkerachse angeordnet ist.
Es wird dann gemäß der 3 dargestellt, eine Regelungselektronik hinterlegt. Diese Regelungselektronik sieht vor, dass ein Fahrer und auch ein Fahrzeugmodell 11 vorgesehen ist. In eine Regelstrecke gehen dann insbesondere die Größen des Lenkwinkeleinschlages der Geschwindigkeit in X-Richtung, der Querbeschleunigung und der Gierrate ein. Zusätzlich wird ein individuelles Fahrerprofil 7 ermittelt. Dieses wird auch als Fahrer-DNA bezeichnet. Dieses wird als Regelgröße mit eingegeben. Insbesondere können somit zusätzlich die Längsbeschleunigung, die Gierrate und die Querbeschleunigung als Regelgrößen beeinflusst werden.
Es ergibt sich somit ein Regelkreis 9 einer Regelungs- und/oder Steuerungselektronik gemäß 4. In der Regelstrecke werden dann die Ist-Werte bei Bezugszeichen 6 ermittelt, als Regelungs- und Steuerungsgröße wird das individuelle Fahrprofil aufgesetzt und dann über eine Regelungs- und Steuereinheit 10 eine aktive Drehmomentenverteilung vorgenommen.
In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile die selbe Bezeichnungen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
Bezugszeichenliste

1: Elektrofahrzeug
2: Rad
3: Antriebskraft
4: Elektromotor
5: Giermoment
6: Regelungskreis
7: individuelles Fahrerprofil
8: Regelungs- und Steuerungsstrecke
9: Regelkreis
10: Regelungs- und Steuerungseinheit zur aktiven Drehmomentverteilung
11: Fahrzeugmodell
Z: Kraftfahrzeugvertikalrichtung
X: Kraftfahrzeuglängsrichtung

Claims

Anordnung zum Betreiben eines Elektrofahrzeuges (1,) wobei das Drehmoment an den einzelnen Rädern (2) zumindest einer Achse, insbesondere Hinterachse geregelt oder gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein individuelles Fahrerprofil (7) genutzt ist, um die Drehmomentenverteilung zu regeln und/oder zu steuern.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhängung des Elektrofahrzeuges (1) über eine aktive Feder-/Dämpferregelung erfolgt, insbesondere über eine Luftfederung und/oder aktive Dampfregelung .
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung und/oder Steuerung des Drehmomentes über ein Differential, und/oder das Bremssystem und/oder eine individuelle Ansteuerung von Elektromotoren erfolgt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein individuelles Fahrerprofil ermittelt ist, dass als Regelung- und/oder Steuerungsgröße das Drehmoment der Räder und/oder die Regelung der Luftfedern mit beeinflusst.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Achse eine Verbundlenkerachse ist.
Verfahren zum Betreiben eines Elektrokraftfahrzeuges, wobei zumindest an einer Achse das Drehmoment an jedem Rad individuell geregelt oder gesteuert wird, insbesondere mit einer Anordnung nach mindestens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein individuelles Fahrerprofil ermittelt wird, durch den Lenkwinkel, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die laterale Beschleunigung und die Gierrate wobei dann mittels einer Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung das Drehmoment und/oder die Luftfederung an den einzelnen Rädern geregelt und/oder gesteuert wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ermittelte Fahrerprofil in der Regelungs- und/oder Steuerungseinrichtung genutzt wird, um die laterale Beschleunigung, die Gierrate und/oder die Gierbeschleunigung des Elektrokraftfahrzeuges zu regeln und/oder zu steuern.