DE102022123529A1

DE102022123529A1 - ÜBERWACHUNGSSTEUERUNG FÜR E-AWD und E-LSD

Info

Publication number: DE102022123529A1
Application number: DE102022123529.7A
Authority: DE
Inventors: Reza Hajiloo; SeyedAlireza Kasaiezadeh Mahabadi; Shamim Mashrouteh; Seyedeh Asal Nahidi; Ehsan Asadi; Yubiao Zhang; Bakhtiar B. Litkouhi
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2021-12-01
Filing date: 2022-09-14
Publication date: 2023-06-01
Also published as: US20230166722A1; CN116198517A; US11787394B2

Abstract

Ein System zur Überwachungssteuerung für einen eAWD und ein eLSD in einem Kraftfahrzeug enthält ein Steuermodul und Sensoren und Aktuatoren, die am Kraftfahrzeug angeordnet sind. Die Sensoren messen Echtzeitdaten des Kraftfahrzeugs, während die Aktuatoren das Verhalten des Kraftfahrzeugs ändern. Das Steuermodul empfängt die Echtzeitdaten; empfängt eine oder mehrere Fahrereingaben in das Kraftfahrzeug; bestimmt einen Status einer Karosserie des Kraftfahrzeugs; bestimmt einen Status der Achsen des Kraftfahrzeugs; bestimmt einen Status jedes Rads des Kraftfahrzeugs; und erzeugt ein Steuersignal für die Aktuatoren aus den Fahrereingaben und den Karosserie-, Achsen- und Radstatus. Das Steuermodul übt außerdem eine Überwachungssteuerung durch aktives Einstellen der Beschränkungen an das Steuersignal für jeden der Aktuatoren aus, wobei das aktive Einstellen der Beschränkungen an das Steuersignal die Grenzen der Steuermaßnahmen in Reaktion auf die eine oder die mehreren Fahrereingaben ändert.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Steuersysteme für Kraftfahrzeuge und insbesondere auf Systeme und Verfahren zum genauen Modellieren von Fahrzeugsteuermaßnahmen und zum Einstellen von Fahrzeugsteuermaßnahmen, wenn sie sich vom erwarteten Verhalten unterscheiden.
Statische und dynamische Kraftfahrzeug-Steuersysteme werden zunehmend verwendet, um eine breite Vielfalt statischer und dynamischer Kraftfahrzeug-Leistungseigenschaften zu managen. Dies ist insbesondere bezüglich anspruchsvoller Fahrszenarien, die den Reifenschlupf beinhalten, wahr. In derartigen anspruchsvollen Fahrszenarien sollten sowohl Steuermaßnahmen, wie z. B. Rad- und/oder Achsdrehmomente, als auch die Karosseriebewegungssteuerung in einer optimalen Weise zugewiesen sein, so dass die Reifenkapazität in der Längs- und der Querrichtung voll ausgenutzt wird. Die Karosseriebewegungssteuerung, die Rad- und/oder die Achsdrehmomente werden von bordinternen Rechenplattformen oder Controllern, Sensoren und Aktuatoren gemanagt.
Während die aktuellen Systeme und Verfahren, die Fahrzeugsteuermaßnahmen modellieren, für ihren vorgesehenen Zweck arbeiten, gibt es einen Bedarf an neuen und verbesserten Systemen und Verfahren zum Modellieren von Fahrzeugsteuermaßnahmen, die die Fahrzeugstabilität in komplexen Fahrszenarien erhöhen und die eine verbesserte Fahrersteuerung bereitstellen, Fahrzeugsteuermaßnahmen einstellen, um das erwartete Fahrzeugverhalten aufrechtzuerhalten, eine erhöhte Krafterzeugung an der Reifen/Straße-Grenzfläche oder an der Aufstandsfläche bereitstellen, während sie außerdem die Kosten und die Komplexität beibehalten oder verringern, den Kalibrierungsaufwand verringern und die Einfachheit verbessern, und während sie außerdem eine erhöhte Redundanz und Robustheit schaffen.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß mehreren Aspekten enthält ein System zur Überwachungssteuerung für einen eAWD und ein eLSD in einem Kraftfahrzeug einen oder mehrere Sensoren, die an dem Kraftfahrzeug angeordnet sind, wobei der eine oder die mehreren Sensoren statische und dynamische Echtzeitdaten über das Kraftfahrzeug messen. Das System enthält ferner einen oder mehrere Aktuatoren, die an dem Kraftfahrzeug angeordnet sind, wobei der eine oder die mehreren Aktuatoren das statische und das dynamische Verhalten des Kraftfahrzeugs ändern. Das System enthält ferner ein Steuermodul mit einem Prozessor, einem Speicher und Eingabe-/Ausgabeanschlüssen (E/A-Anschlüssen), wobei das Steuermodul Programmcodeabschnitte ausführt, die in dem Speicher gespeichert sind. Die Programmcodeabschnitte enthalten einen ersten Programmcodeabschnitt, der über die E/A-Anschlüsse die statischen und dynamischen Echtzeitdaten von dem einen oder den mehreren Sensoren empfängt. Die Programmcodeabschnitte enthalten ferner einen zweiten Programmcodeabschnitt, der über die E/A-Anschlüsse eine oder mehrere Fahrereingaben in das Kraftfahrzeug empfängt. Die Programmcodeabschnitte enthalten ferner einen dritten Programmcodeabschnitt, der einen Status einer Karosserie des Kraftfahrzeugs bestimmt. Die Programmcodeabschnitte enthalten ferner einen vierten Programmcodeabschnitt, der einen Status der Achsen des Kraftfahrzeugs bestimmt. Die Programmcodeabschnitte enthalten ferner einen fünften Codeabschnitt, der einen Status jedes Rades des Kraftfahrzeugs bestimmt. Die Programmcodeabschnitte enthalten ferner einen sechsten Programmcodeabschnitt, der basierend auf den Fahrereingaben und den Ausgaben des dritten, des vierten und des fünften Programmcodeabschnitts ein Steuersignal für den einen oder die mehreren Aktuatoren erzeugt. Die Programmcodeabschnitte enthalten ferner einen siebenten Programmcodeabschnitt, der eine Überwachungssteuerung über wenigstens den zweiten und den sechsten Programmcodeabschnitt durch aktives Einstellen der Beschränkungen an das Steuersignal für jeden des einen oder der mehreren Aktuatoren basierend auf dem Status der Karosserie, dem Status der Achsen und dem Status jedes Rads des Kraftfahrzeugs ausführt. Das aktive Einstellen der Beschränkungen an das Steuersignal ändert die Grenzen der Steuermaßnahmen in Reaktion auf die eine oder die mehreren Fahrereingaben.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält der erste Programmcodeabschnitt ferner Programmcode zum Empfangen statischer und dynamischer Echtzeitdaten von einem oder mehreren von: Trägheitsmesseinheiten (IMUs), die eine Position, eine Orientierung, eine Beschleunigung und eine Geschwindigkeit in wenigstens drei Dimensionen messen können; Raddrehzahlsensoren, die die Winkelgeschwindigkeiten jedes der Räder des Kraftfahrzeugs messen können; Drosselklappenpositionssensoren, die eine Drosselklappenposition des Kraftfahrzeugs messen können; Fahrpedalpositionssensoren, die eine Position eines Fahrpedals des Kraftfahrzeugs messen können; und Reifendrucküberwachungssensoren, die die Drücke der Reifen des Kraftfahrzeugs messen können. Die statischen und dynamischen Echtzeitdaten enthalten ferner: eine Quergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, eine Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, eine Giergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, eine Radwinkelgeschwindigkeit; und die Längs-, Quer- und Normalkräfte auf jeden Reifen des Kraftfahrzeugs.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält der dritte Programmcodeabschnitt ferner Programmcodeabschnitte, die: über die E/A-Anschlüsse mit einem Karosseriesteuermodul kommunizieren; durch das Karosseriesteuermodul Daten von dem einen oder den mehreren Sensoren empfangen; und einen Stabilitätsstatus der Karosserie des Kraftfahrzeugs ermitteln. Der Stabilitätsstatus der Karosserie enthält: wenigstens eine Giergeschwindigkeit, einen Schwimmwinkel und eine Längsgeschwindigkeit. Wenn sich der Stabilitätsstatus der Karosserie innerhalb vorgegebener Stabilitätsspannen befindet, sendet das Karosseriesteuermodul einen positiven Indikator an den siebenten Programmcodeabschnitt; und wenn sich der Stabilitätsstatus der Karosserie nicht innerhalb vorgegebener Stabilitätsspannen befindet, sendet das Karosseriesteuermodul einen negativen Indikator an den siebenten Programmcodeabschnitt. In Reaktion auf einen positiven Indikator befiehlt der siebente Programmcodeabschnitt selektiv eine zusätzliche Drehmomentübertragung zu einem bzw. einer oder mehreren der Räder oder Achsen, während in Reaktion auf einen negativen Indikator der siebente Programmcodeabschnitt die Drehmomentübertragung zu einem bzw. einer oder mehreren der Räder oder Achsen anhält.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird der Stabilitätsstatus der Karosserie durch Vergleichen einer gemessenen Giergeschwindigkeit und eines Schwimmwinkels detektiert. Die Stabilitätsspannen der Karosserie sind durch: $r_{\underset{m i n}{m a x}} = \pm \frac{μ g ζ_{r}}{ν_{x}}; und$
$β_{\underset{m i n}{m a x}} = \pm arctan (\frac{3 ζ μ F_{z}}{C_{α r}}) + \frac{l_{r} r}{ν_{x}}$
definiert, wobei r die Giergeschwindigkeit ist, β der Schwimmwinkel ist, v_x eine Längsgeschwindigkeit ist, l_r ein Abstand von einem Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs zur Hinterachse ist, l_f der Abstand vom Schwerpunkt zur Vorderachse ist, l der Abstand zwischen Vorder- und Hinterachse ist, m die Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs ist, µ ein Reibungskoeffizient der Straße ist und C_α die Kurvenfahrt-Steifigkeit der Reifen ist.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält der vierte Programmcodeabschnitt ferner Programmcodeabschnitte, die: über die E/A-Anschlüsse mit einem Achsüberwachungsmodul kommunizieren. Die Programmcodeabschnitte empfangen außerdem durch das Achsüberwachungsmodul Daten von dem einen oder den mehreren Sensoren und ermitteln einen Stabilitätsstatus der Achsen des Kraftfahrzeugs. Das Ermitteln eines Stabilitätsstatus der Achsen enthält: Ermitteln von Reifenschlupfwinkeln und Schlupfverhältnissen jedes der Reifen des Kraftfahrzeugs. Wenn die Reifen vorgegebene Reifenschlupfwinkel und Reifenschlupfverhältnisse überschritten haben, bestimmen die Programmcodeabschnitte, dass vorgegebene Reifenstabilitätsspannen überschritten worden sind. Ähnlich bestimmen die Programmcodeabschnitte, wenn die Reifen die vorgegebenen Reifenschlupfwinkel und Reifenschlupfverhältnisse nicht überschritten haben, dass die vorgegebenen Reifenstabilitätsspannen nicht überschritten worden sind. Wenn die Reifenstabilitätsspannen überschritten worden sind, sendet das Achsüberwachungsmodul einen negativen Indikator an den siebenten Programmcodeabschnitt, und wenn die Reifen die vorgegebenen Reifenstabilitätsspannen nicht überschritten haben, sendet das Achsüberwachungsmodul einen positiven Indikator an den siebenten Programmcodeabschnitt. In Reaktion auf einen positiven Indikator befiehlt der siebente Programmcodeabschnitt selektiv eine zusätzliche Drehmomentübertragung zu einer oder mehreren der Achsen, während in Reaktion auf einen negativen Indikator der siebente Programmcodeabschnitt die Drehmomentübertragung zu einer oder mehreren der Achsen anhält.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist der Stabilitätsstatus der Achsen des Kraftfahrzeugs durch einen Sättigungsgrad der Achsen hinsichtlich der Schlupfwinkel α der Reifen definiert $α_{l i m} = a r c t a n (\frac{3 ζ μ F_{z}}{C_{α r}}),$
wobei F_z eine Reifen-Normallast ist, C_α eine Reifensteifigkeit ist und µ ein Reibungskoeffizient der Straße ist.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält der fünfte Programmcodeabschnitt ferner Programmcodeabschnitte, die: über die E/A-Anschlüsse mit einem Radstabilitätsmodul kommunizieren; durch das Radstabilitätsmodul Daten von dem einen oder den mehreren Sensoren empfangen; und einen Stabilitätsstatus der Räder des Kraftfahrzeugs ermitteln. Der Stabilitätsstatus der Räder enthält geschätzte Schlupfverhältnisse jedes Reifens des Kraftfahrzeugs.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung, wenn die geschätzten Schlupfverhältnisse die vorgegebenen Stabilitätsspannen überschreiten, sendet das Radstabilitätsmodul einen negativen Indikator an den siebenten Programmcodeabschnitt, und wenn die geschätzten Schlupfverhältnisse die vorgegebenen Stabilitätsspannen nicht überschreiten, sendet das Radstabilitätsmodul einen positiven Indikator an den siebenten Programmcodeabschnitt. In Reaktion auf einen positiven Indikator befiehlt der siebente Programmcodeabschnitt selektiv eine zusätzliche Drehmomentübertragung zu einem oder mehreren der Räder. In Reaktion auf einen negativen Indikator hält der siebente Programmcodeabschnitt die Drehmomentübertragung zu einem oder mehreren der Räder an.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält der sechste Programmcodeabschnitt ferner Programmcodeabschnitte, die: Fahrereingaben einschließlich Lenk- und Drehmomentanforderungen empfangen; den Stabilitätsstatus der Karosserie, der Achsen und der Räder des Kraftfahrzeugs empfangen; wobei basierend auf den Aktuatortypen des einen oder der mehreren Aktuatoren, mit denen das Kraftfahrzeug ausgestattet ist, und basierend auf dem Stabilitätsstatus der Karosserie, der Achsen und der Räder des Kraftfahrzeugs das System das Steuersignal für den einen oder die mehreren Aktuatoren erzeugt.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält der siebente Programmcodeabschnitt ferner Programmcodeabschnitte, die: die Beschränkungen für jeden des einen oder der mehreren Aktuatoren aktiv optimieren, um den Stabilitätsstatus der Karosserie, der Achsen und der Räder des Kraftfahrzeugs zu berücksichtigen; und die Steuersignale für den einen oder die mehreren Aktuatoren aktiv einstellen, so dass sich die Steuersignale für den einen oder die mehreren Aktuatoren innerhalb der Grenzen möglicher Aktuatorausgaben befinden.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält ein Verfahren zur Überwachungssteuerung für einen eAWD und ein eLSD in einem Kraftfahrzeug das Verarbeiten statischer und dynamischer Kraftfahrzeuginformationen durch ein Steuermodul, wobei das Steuermodul einen Prozessor, einen Speicher und die E/A-Anschlüsse aufweist, wobei das Steuermodul im Speicher gespeicherte Programmcodeabschnitte ausführt. Die Programmcodeabschnitte: messen statische und dynamische Echtzeitdaten mit einem oder mehreren Sensoren, die an dem Kraftfahrzeug angeordnet sind, und verwenden einen oder mehrere Aktuatoren, die an dem Kraftfahrzeug angeordnet sind, um das statische und dynamische Verhalten des Kraftfahrzeugs zu ändern. Die Programmcodeabschnitte empfangen außerdem über die E/A-Anschlüsse die statischen und dynamischen Echtzeitdaten von dem einen oder den mehreren Sensoren und empfangen über die E/A-Anschlüsse eine oder mehrere Fahrereingaben in das Kraftfahrzeug. Die Programmcodeabschnitte bestimmen außerdem einen Status einer Karosserie des Kraftfahrzeugs, bestimmen einen Status der Achsen des Kraftfahrzeugs, bestimmen das Bestimmen eines Status jedes Rads des Kraftfahrzeugs und erzeugen ein Steuersignal für den einen oder die mehreren Aktuatoren basierend auf den Fahrereingaben. Basierend auf dem Status der Karosserie, der Achsen und jedes Rads des Kraftfahrzeugs üben die Programmcodeabschnitte eine Überwachungssteuerung wenigstens über die Fahrereingaben und das Steuersignal für den einen oder die mehreren Aktuatoren durch aktives Einstellen der Beschränkungen an das Steuersignal für jeden des einen oder der mehreren Aktuatoren aus. Das aktive Einstellen der Beschränkungen an das Steuersignal ändert die Grenzen der Steuermaßnahmen in Reaktion auf die eine oder die mehreren Fahrereingaben.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält das Verfahren zur Überwachungssteuerung für einen eAWD und ein eLSD in einem Kraftfahrzeug ferner das Empfangen statischer und dynamischer Echtzeitdaten von einem oder mehreren von: Trägheitsmesseinheiten (IMUs), die eine Position, eine Orientierung, eine Beschleunigung und eine Geschwindigkeit in wenigstens drei Dimensionen messen können; Raddrehzahlsensoren, die die Winkelgeschwindigkeiten jedes der Räder des Kraftfahrzeugs messen können; Drosselklappenpositionssensoren, die eine Drosselklappenposition des Kraftfahrzeugs messen können; Fahrpedalpositionssensoren, die eine Position eines Fahrpedals des Kraftfahrzeugs messen können; und Reifendrucküberwachungssensoren, die die Drücke der Reifen des Kraftfahrzeugs messen können. Die statischen und dynamischen Echtzeitdaten enthalten ferner: eine Quergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs; eine Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs; eine Giergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs; eine Radwinkelgeschwindigkeit; und die Längs-, Quer- und Normalkräfte auf jeden Reifen des Kraftfahrzeugs.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält das Verfahren zur Überwachungssteuerung für einen eAWD und ein eLSD in einem Kraftfahrzeug ferner das Kommunizieren über die E/A-Anschlüsse mit einem Karosseriesteuermodul. Das Verfahren enthält ferner Empfangen, durch das Karosseriesteuermodul, von Daten von dem einen oder den mehreren Sensoren; und Ermitteln eines Stabilitätsstatus der Karosserie des Kraftfahrzeugs. Der Stabilitätsstatus der Karosserie enthält: wenigstens eine Giergeschwindigkeit, einen Schwimmwinkel und eine Längsgeschwindigkeit. Wenn sich der Stabilitätsstatus der Karosserie innerhalb vorgegebener Stabilitätsspannen befindet, sendet das Verfahren durch das Karosseriesteuermodul einen positiven Indikator an das Steuermodul; und wenn sich der Stabilitätsstatus der Karosserie nicht innerhalb vorgegebener Stabilitätsspannen befindet, sendet das Verfahren durch das Karosseriesteuermodul einen negativen Indikator an das Steuermodul. In Reaktion auf einen positiven Indikator befiehlt das Steuermodul selektiv eine zusätzliche Drehmomentübertragung zu einem bzw. einer oder mehreren der Räder oder Achsen, während in Reaktion auf einen negativen Indikator das Steuermodul die Drehmomentübertragung zu einem bzw. einer oder mehreren der Räder oder Achsen anhält.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält das Verfahren zur Überwachungssteuerung für einen eAWD und ein eLSD in einem Kraftfahrzeug ferner das Ermitteln eines Stabilitätsstatus der Karosserie durch Vergleichen einer gemessenen Giergeschwindigkeit und eines Schwimmwinkels. Die Stabilitätsspannen der Karosserie sind durch: $r_{\underset{m i n}{m a x}} = \pm \frac{μ g ζ_{r}}{ν x}; und$
$β_{\underset{m i n}{m a x}} = \pm arctan (\frac{3 ζ μ F_{z}}{C_{α r}}) + \frac{l_{r} r}{ν_{x}}$
definiert, wobei r die Giergeschwindigkeit ist, β der Schwimmwinkel ist, v_x eine Längsgeschwindigkeit ist, l_r ein Abstand von einem Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs zur Hinterachse ist und l_f der Abstand vom Schwerpunkt zur Vorderachse ist, l der Abstand zwischen Vorder- und Hinterachse ist, m die Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs ist, µ ein Reibungskoeffizient der Straße ist und C_α die Kurvenfahrt-Steifigkeit der Reifen ist.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält das Verfahren zur Überwachungssteuerung für einen eAWD und ein eLSD in einem Kraftfahrzeug ferner Kommunizieren über die E/A-Anschlüsse mit einem Achsüberwachungsmodul, Empfangen, durch das Achsüberwachungsmodul, von Daten von dem einen oder den mehreren Sensoren; und Ermitteln eines Stabilitätsstatus der Achsen des Kraftfahrzeugs. Das Ermitteln des Stabilitätsstatus der Achsen enthält: Ermitteln der Reifenschlupfwinkel und der Schlupfverhältnisse jedes der Reifens des Kraftfahrzeugs, und wenn die Reifen vorgegebene Reifenschlupfwinkel und Reifenschlupfverhältnisse überschritten haben, Bestimmen, dass die vorgegebenen Reifenstabilitätsspannen überschritten worden sind, und wenn die Reifen die vorgegebenen Reifenschlupfwinkel und Reifenschlupfverhältnisse nicht überschritten haben, Bestimmen, dass die vorgegebenen Reifenstabilitätsspannen nicht überschritten worden sind. Wenn die Reifenstabilitätsspannen überschritten worden sind, sendet das Achsüberwachungsmodul einen negativen Indikator an das Steuermodul, und wenn die Reifen die vorgegebenen Reifenstabilitätsspannen nicht überschritten haben, sendet das Achsüberwachungsmodul einen positiven Indikator an das Steuermodul. In Reaktion auf einen positiven Indikator befiehlt das Steuermodul selektiv eine zusätzliche Drehmomentübertragung zu einer oder mehreren der Achsen, während in Reaktion auf einen negativen Indikator das Steuermodul die Drehmomentübertragung zu einer oder mehreren der Achsen anhält.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält das Ermitteln eines Stabilitätsstatus der Achsen des Kraftfahrzeugs ferner das Definieren des Stabilitätsstatus der Achsen des Kraftfahrzeugs durch einen Sättigungsgrad der Achsen hinsichtlich der Schlupfwinkel α der Reifen $α_{l i m} = a r c t a n (\frac{3 ζ μ F_{z}}{C_{α r}}),$
wobei F_z eine Reifen-Normallast ist, C_α eine Reifensteifigkeit ist und µ ein Reibungskoeffizient der Straße ist.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält das Verfahren zur Überwachungssteuerung für einen eAWD und ein eLSD in einem Kraftfahrzeug ferner das Kommunizieren über die E/A-Anschlüsse mit einem Radstabilitätsmodul. Das Verfahren enthält ferner Empfangen, durch das Radstabilitätsmodul, von Daten von dem einen oder den mehreren Sensoren; und Ermitteln eines Stabilitätsstatus der Räder des Kraftfahrzeugs. Der Stabilitätsstatus der Räder enthält geschätzte Schlupfverhältnisse jedes Reifens des Kraftfahrzeugs.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält das Verfahren zur Überwachungssteuerung für einen eAWD und ein eLSD in einem Kraftfahrzeug ferner Senden, durch das Radstabilitätsmodul, eines negativen Indikators an das Steuermodul, wenn die geschätzten Schlupfverhältnisse die vorgegebenen Stabilitätsspannen überschreiten; und Senden, durch das Radstabilitätsmodul, eines positiven Indikators an das Steuermodul, wenn die geschätzten Schlupfverhältnisse die vorgegebenen Stabilitätsspannen nicht überschreiten. In Reaktion auf einen positiven Indikator befiehlt das Steuermodul selektiv eine zusätzliche Drehmomentübertragung zu einem oder mehreren der Räder, während in Reaktion auf einen negativen Indikator das Steuermodul die Drehmomentübertragung zu einem oder mehreren der Räder anhält.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält das Verfahren ferner Empfangen von Fahrereingaben einschließlich Lenk- und Drehmomentanforderungen, Empfangen des Stabilitätsstatus der Karosserie, der Achsen und der Räder des Kraftfahrzeugs und Erzeugen des Steuersignals basierend auf den Typen des einen oder der mehreren Aktuatoren, mit denen das Kraftfahrzeug ausgestattet ist. Das Erzeugen des Steuersignals basiert außerdem auf dem Stabilitätsstatus der Karosserie, der Achsen und der Räder des Kraftfahrzeugs.
Das Steuersignal wird durch aktives Optimieren der Beschränkungen für jeden des einen oder der mehreren Aktuatoren eingestellt, um sowohl den Stabilitätsstatus der Karosserie, der Achsen und der Räder des Kraftfahrzeugs als auch das Fahrereingangssignal zu berücksichtigen. Die Steuersignale für den einen oder die mehreren Aktuatoren befinden sich innerhalb der Grenzen der möglichen Aktuatorausgaben.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält ein Verfahren zur Überwachungssteuerung für einen eAWD und ein eLSD in einem Kraftfahrzeug das Verarbeiten statischer und dynamischer Kraftfahrzeuginformationen durch ein Steuermodul, wobei das Steuermodul einen Prozessor, einen Speicher und die E/A-Anschlüsse aufweist und das Steuermodul im Speicher gespeicherte Programmcodeabschnitte ausführt. Die Programmcodeabschnitte führen verschiedene Aufgaben aus, einschließlich Messen statischer und dynamischer Echtzeitdaten mit einem oder mehreren Sensoren, die an dem Kraftfahrzeug angeordnet sind; Verwenden eines oder mehrerer Aktuatoren, die an dem Kraftfahrzeug angeordnet sind, um das statische und dynamische Verhalten des Kraftfahrzeugs zu ändern. Die Programmcodeabschnitte empfangen außerdem über die E/A-Anschlüsse die statischen und dynamischen Echtzeitdaten von dem einen oder den mehreren Sensoren, empfangen über die E/A-Anschlüsse eine oder mehrere Fahrereingaben in das Kraftfahrzeug und kommunizieren über die E/A-Anschlüsse mit einem Karosseriesteuermodul. Die Programmcodeabschnitte empfangen ferner durch das Karosseriesteuermodul Daten von dem einen oder den mehreren Sensoren; und ermitteln einen Stabilitätsstatus der Karosserie des Kraftfahrzeugs. Der Stabilitätsstatus der Karosserie enthält: wenigstens eine Giergeschwindigkeit, einen Schwimmwinkel und eine Längsgeschwindigkeit, wobei der Stabilitätsstatus erhalten wird durch: Vergleichen einer gemessenen Giergeschwindigkeit und eines Schräglaufwinkels, wobei die Stabilitätsspannen der Karosserie durch: $r_{\underset{m i n}{m a x}} = \pm \frac{μ g ζ_{r}}{ν x}; und$
$β_{\underset{m i n}{m a x}} = \pm arctan (\frac{3 ζ μ F_{z}}{C_{α r}}) + \frac{l_{r} r}{ν_{x}}$
definiert sind, wobei r die Giergeschwindigkeit ist, β der Schwimmwinkel ist, v_x eine Längsgeschwindigkeit ist, l_r ein Abstand von einem Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs zur Hinterachse ist und l_f der Abstand vom Schwerpunkt zur Vorderachse ist, l der Abstand zwischen Vorder- und Hinterachse ist, m die Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs ist, µ ein Reibungskoeffizient der Straße ist und C_α die Kurvenfahrt-Steifigkeit der Reifen ist. Wenn sich der Stabilitätsstatus der Karosserie innerhalb der vorgegebenen Stabilitätsspannen befindet, sendet das Verfahren durch das Karosseriesteuermodul einen positiven Indikator an das Steuermodul; und wenn sich der Stabilitätsstatus der Karosserie nicht innerhalb der vorgegebenen Stabilitätsspannen befindet, sendet das Verfahren durch das Karosseriesteuermodul einen negativen Indikator an das Steuermodul. In Reaktion auf einen positiven Indikator befiehlt das Steuermodul selektiv eine zusätzliche Drehmomentübertragung zu einem bzw. einer oder mehreren der Räder oder Achsen, während in Reaktion auf einen negativen Indikator das Steuermodul die Drehmomentübertragung zu einem bzw. einer oder mehreren der Räder oder Achsen anhält. Das Verfahren enthält ferner Kommunizieren über die E/A-Anschlüsse mit einem Achsüberwachungsmodul, Empfangen, durch das Achsüberwachungsmodul, von Daten von dem einen oder den mehreren Sensoren und Ermitteln eines Stabilitätsstatus der Achsen des Kraftfahrzeugs. Der Stabilitätsstatus der Achsen des Kraftfahrzeugs ist durch einen Sättigungsgrad der Achsen hinsichtlich der Schlupfwinkel α der Reifen definiert, wobei α durch: $α_{l i m} = a r c t a n (\frac{3 ζ μ F_{z}}{C_{α r}}),$
definiert ist, wobei F_z eine Reifen-Normallast ist, C_α eine Reifensteifigkeit ist und µ ein Reibungskoeffizient der Straße ist. Das Ermitteln des Stabilitätsstatus der Achsen enthält ferner: Ermitteln von Reifenschlupfwinkeln und Schlupfverhältnissen jedes der Reifen des Kraftfahrzeugs, wobei, wenn die Reifen die vorgegebenen Reifenschlupfwinkel und Reifenschlupfverhältnisse überschritten haben, Bestimmen, dass die vorgegebenen Reifenstabilitätsspannen überschritten worden sind, und, wenn die Reifen die vorgegebenen Reifenschlupfwinkel und Reifenschlupfverhältnisse nicht überschritten haben, Bestimmen, dass die vorgegebenen Reifenstabilitätsspannen nicht überschritten worden sind. Wenn die Reifenstabilitätsspannen überschritten worden sind, sendet das Achsüberwachungsmodul einen negativen Indikator an das Steuermodul, und wenn die Reifen die vorgegebenen Reifenstabilitätsspannen nicht überschritten haben, sendet das Achsüberwachungsmodul einen positiven Indikator an das Steuermodul. In Reaktion auf einen positiven Indikator befiehlt das Steuermodul selektiv eine zusätzliche Drehmomentübertragung zu einer oder mehreren der Achsen, während in Reaktion auf einen negativen Indikator das Steuermodul die Drehmomentübertragung zu einer oder mehreren der Achsen anhält. Das Verfahren enthält ferner Kommunizieren über die E/A-Anschlüsse mit einem Radstabilitätsmodul, Empfangen, durch das Radstabilitätsmodul, von Daten von dem einen oder den mehreren Sensoren und Ermitteln eines Stabilitätsstatus der Räder des Kraftfahrzeugs. Der Stabilitätsstatus der Räder enthält die geschätzten Schlupfverhältnisse jedes Reifens des Kraftfahrzeugs. Das Verfahren enthält ferner Senden, durch das Radstabilitätsmodul, eines negativen Indikators an das Steuermodul, wenn die geschätzten Schlupfverhältnisse die vorgegebenen Stabilitätsspannen überschreiten; und Senden, durch das Radstabilitätsmodul, eines positiven Indikators an das Steuermodul, wenn die geschätzten Schlupfverhältnisse die vorgegebenen Stabilitätsspannen nicht überschreiten. In Reaktion auf einen positiven Indikator befiehlt das Steuermodul selektiv eine zusätzliche Drehmomentübertragung zu einem oder mehreren der Räder, während in Reaktion auf einen negativen Indikator das Steuermodul die Drehmomentübertragung zu einem oder mehreren der Räder anhält. Das Verfahren enthält ferner Erzeugen eines Steuersignals für den einen oder die mehreren Aktuatoren basierend auf den Fahrereingaben und basierend auf dem Status der Karosserie, der Achsen und jedes Rades des Kraftfahrzeugs. Das Verfahren enthält ferner Ausüben der Überwachungssteuerung über wenigstens die Fahrereingaben und das Steuersignal für den einen oder die mehreren Aktuatoren durch aktives Einstellen der Beschränkungen an das Steuersignal für jeden des einen oder der mehreren Aktuatoren basierend auf dem Status der Karosserie, dem Status der Achsen und dem Status jedes Rads des Kraftfahrzeugs. Das aktive Einstellen der Beschränkungen an das Steuersignal ändert die Grenzen der Steuermaßnahmen in Reaktion auf die eine oder die mehreren Fahrereingaben, so dass sich die Steuersignale für den einen oder die mehreren Aktuatoren innerhalb der Grenzen möglicher Aktuatorausgaben befinden.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hier bereitgestellten Beschreibung offensichtlich. Es soll erkannt werden, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur der Veranschaulichung dienen und den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
Figurenliste
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken; es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem System zur Überwachungssteuerung für einen eAWD und ein eLSD in einem Kraftfahrzeug gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
2 einen teilweisen funktionalen Blockschaltplan eines Abschnitts des Systems zur Überwachungssteuerung für einen eAWD und ein eLSD nach 1 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
3A einen Entscheidungsbaum, der ein Verfahren zur Überwachungssteuerung für einen eAWD und ein eLSD gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung darstellt;
3B einen ersten beispielhaften Satz von Verfahrensschritten, die in dem Entscheidungsbaum nach 3A gemäß einem ersten Satz von Fahrumständen ausgeführt werden, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung; und
3C einen zweiten beispielhaften Satz von Verfahrensschritten, die in dem Entscheidungsbaum nach 3A gemäß einem zweiten Satz von Fahrumständen ausgeführt werden, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen nicht einschränken.
In 1 ist ein System 10 zur Überwachungssteuerung eines elektronisch gesteuerten oder elektrischen Allradantriebs (eAWD) und eines elektronisch gesteuerten oder elektrischen Sperrdifferentials (eLSD) in einem Kraftfahrzeug 12 gezeigt. Das System 10 enthält das Kraftfahrzeug 12 und einen oder mehrere Controller 14. Das Kraftfahrzeug 12 ist als ein Auto gezeigt, wobei aber erkannt werden sollte, dass das Kraftfahrzeug 12 ein Lieferwagen, ein Bus, ein Sattelzug, ein Sattelschlepper, eine Geländelimousine (SUV), ein Geländefahrzeug (ATV), ein Lastkraftwagen, ein Dreirad, ein Motorrad, ein Flugzeug, ein Amphibienfahrzeug oder irgendein anderes derartiges Fahrzeug sein kann, das einen Kontakt mit dem Boden herstellt, ohne vom Schutzumfang oder der Absicht der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Das Kraftfahrzeug 12 enthält ein oder mehrere Räder mit Reifen 18 und einen Triebstrang 20. Der Triebstrang kann verschiedene Komponenten enthalten, wie z. B. Brennkraftmaschinen (ICE) 22 und/oder Elektromotoren 24 und Getriebe 26, die die durch die ICEs 22 und/oder die Elektromotoren 24 entwickelte Antriebsleistung auf die Räder 27 und schließlich auf die an ihnen befestigten Reifen 18 übertragen können. In einem Beispiel kann das Kraftfahrzeug 12 sowohl eine ICE 22, die auf eine Hinterachse 28 des Kraftfahrzeugs 12 wirkt, als auch einen oder mehrere Elektromotoren 24, die auf eine Vorderachse 30 des Kraftfahrzeugs 12 wirken, enthalten. Es sollte jedoch anerkannt werden, dass das Kraftfahrzeug 12 ein oder mehrere ICEs 22 und/oder einen oder mehrere Elektromotoren 24 verwenden kann, die in anderen Konfigurationen angeordnet sind, ohne vom Schutzumfang oder der Absicht der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Das Kraftfahrzeug 12 kann z. B. eine ICE 22 aufweisen, die nur auf die Vorderachse 30 wirkt, während ein oder mehrere Elektromotoren 24 ausschließlich auf die Hinterachse 28 wirken. In weiteren Beispielen kann die ICE 22 sowohl auf die Vorder- als auch auf die Hinterachse 30, 28 wirken, während ein Elektromotor sowohl auf die Vorder- als auch auf die Hinterachse 30, 28 wirken kann.
Gemäß mehreren Aspekten enthält der Triebstrang 20 einen oder mehrere Aktuatoren 32 auf gleicher Ebene. Die Aktuatoren 32 auf gleicher Ebene können sowohl Allradantriebssysteme (AWD-Systeme) einschließlich elektronisch gesteuerter oder elektrischer AWD-Systeme (eAWD-Systeme) 34 als auch Sperrdifferentiale (LSD) einschließlich elektronisch gesteuerter oder elektrischer LSD-Systeme (eLSD-Systeme) 36 enthalten. Die Aktuatoren 32 auf gleicher Ebene einschließlich der eAWD 34- und eLSD 36-Systeme können die Krafterzeugung in der X- und/oder der Y-Richtung an der Aufstandsfläche 38 eines Reifens 18 auf der Straßenoberfläche innerhalb einer bestimmten vorgegebenen Fähigkeit erzeugen und/oder modifizieren. Ein eAWD System 34 kann ein Drehmoment von vorn nach hinten eines Kraftfahrzeugs und/oder von Seite zu Seite des Kraftfahrzeugs 12 übertragen. Gleichermaßen kann ein eLSD System 36 ein Drehmoment von Seite zu Seite des Kraftfahrzeugs 12 übertragen. In einigen Beispielen können der eAWD 34 und/oder das eLSD 36 die Drehmomentabgabe von der ICE 22 und/oder den Elektromotoren 24 direkt ändern oder managen und/oder können der eAWD 34 und das eLSD 36 auf ein Bremssystem 40 wirken, um eine Größe des an jeden der Reifen 18 des Kraftfahrzeugs 12 abgegebenen Drehmoments einzustellen.
Gemäß weiteren Beispielen kann das Kraftfahrzeug 12 Mittel zum Ändern einer Normalkraft auf jeden der Reifen 18 des Kraftfahrzeugs 12 über einen oder mehrere Aktuatoren 42 außerhalb der Ebene, wie z. B. aktive aerodynamische Aktuatoren 44 und/oder aktive Aufhängungsaktuatoren 46, enthalten. Die aktiven aerodynamischen Aktuatoren 44 können ein aerodynamisches Profil des Kraftfahrzeugs über ein oder mehrere aktive aerodynamische Elemente 48, wie z. B. Flügel, Spoiler, Gebläse oder andere Ansaugvorrichtungen, aktiv gemanagte Venturi-Tunnel und dergleichen, aktiv oder passiv ändern. Die aktiven Aufhängungs-Aktuatoren 46, wie z. B. die aktiven Dämpfer 50 oder dergleichen. Gemäß mehreren Aspekten können die aktiven Dämpfer 50 magnetorheologische Dämpfer oder andere derartige elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch einstellbare Dämpfer sein, ohne vom Schutzumfang oder der Absicht der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Der Einfachheit halber werden in der folgenden Beschreibung die ICEs 22, die Elektromotoren 24, der eAWD 34, das eLSD 36, das Bremssystem 40, die aktiven aerodynamischen Elemente 48, die aktiven Dämpfer 46 und dergleichen allgemeiner als Aktuatoren 52 bezeichnet.
Die Begriffe „vorwärts“, „hinten“, „innen“, „nach innen“, „außen“, „nach außen“, „oben“ und „unten“ sind Begriffe, die bezüglich der Orientierung des Kraftfahrzeugs 12 verwendet werden, wie sie in den Zeichnungen der vorliegenden Anmeldung gezeigt ist. Folglich bezieht sich „vorwärts“ auf eine Richtung in Richtung einer Vorderseite des Kraftfahrzeugs 12, bezieht sich „rückwärts“ auf eine Richtung in Richtung der Rückseite des Kraftfahrzeugs 12. „Links“ bezieht sich auf eine Richtung in Richtung einer linken Seite des Kraftfahrzeugs 12 bezüglich der Vorderseite des Kraftfahrzeugs 12. Ähnlich bezieht sich „rechts“ auf eine Richtung in Richtung einer rechten Seite des Kraftfahrzeugs 12 bezüglich der Vorderseite des Kraftfahrzeugs 12. „Innen“ und „nach innen“ beziehen sich auf eine Richtung in Richtung des Inneren eines Kraftfahrzeugs 12, während sich „außen“ und „nach außen“ auf eine Richtung in Richtung der Außenseite eines Kraftfahrzeugs 12 beziehen, wobei sich „unten“ auf eine Richtung in Richtung des Unterteils des Kraftfahrzeugs 12 bezieht, während sich „oben“ auf eine Richtung in Richtung des Oberteils des Kraftfahrzeugs 12 bezieht. Ferner sind die Begriffe „oberer“, „höher sein“, „unten“, „seitlich“ und „oberhalb“ Begriffe, die bezüglich der Orientierung der Aktuatoren 52 und des Kraftfahrzeugs 12 verwendet werden, die in den Zeichnungen der vorliegenden Anmeldung allgemeiner gezeigt ist. Während sich die Orientierung der Aktuatoren 52 oder des Kraftfahrzeugs 12 bezüglich einer bestimmten Verwendung ändern kann, sind folglich diese Begriffe vorgesehen, um dennoch bezüglich der Orientierung der in den Zeichnungen gezeigten Komponenten des Systems 10 und des Kraftfahrzeugs 12 zu gelten.
Die Controller 14 sind nicht verallgemeinerte elektronische Steuervorrichtungen mit einem vorprogrammierten digitalen Computer oder Prozessor 54, einem nicht transitorischen computerlesbaren Medium oder Speicher 56, das bzw. der verwendet wird, um Daten, wie z. B. eine Steuerlogik, Software-Anwendungen, Anweisungen, Computercode, Daten, Nachschlagetabellen usw., zu speichern, und Eingangs-/Ausgangsanschlüssen (E/A-Anschlüssen) 58. Das computerlesbare Medium oder der computerlesbare Speicher 56 enthält irgendeinen Typ von Medium, auf das durch einen Computer zugegriffen werden kann, wie z. B. Festwertspeicher (ROM), Schreib-Lese-Speicher (RAM), ein Festplattenlaufwerk, eine Kompaktplatte (CD), eine digitale Videoplatte (DVD) oder irgendeinen anderen Typ von Speicher. Ein „nicht transitorischer“ computerlesbarer Speicher 56 schließt drahtgebundene, drahtlose, optische oder andere Kommunikationsverbindungen aus, die transitorische elektrische oder andere Signale transportieren. Ein nicht transitorischer computerlesbarer Speicher 56 enthält Medien, auf denen Daten dauerhaft gespeichert sein können, und Medien, auf denen Daten gespeichert und später überschrieben werden können, wie z. B. eine wiederbeschreibbare optische Platte oder eine löschbare Speichervorrichtung. Computercode enthält irgendeinen Typ von Programmcode, einschließlich Quellcodes, Objektcodes und ausführbaren Codes. Der Prozessor 54 ist konfiguriert, den Code oder die Anweisungen auszuführen. Das Kraftfahrzeug 12 kann Controller 14 einschließlich eines Kraftmaschinensteuermoduls, eines Getriebesteuermoduls, eines Karosseriesteuermoduls 15, eines Achsüberwachungsmoduls 17, eines dedizierten Wi-Fi-Controllers, eines Infotainment-Steuermoduls oder dergleichen enthalten. Die E/A-Anschlüsse 58 können konfiguriert sein, über drahtgebundene Kommunikationen, drahtlos über Wi-Fi-Protokolle gemäß IEEE 802.11x oder dergleichen zu kommunizieren, ohne vom Schutzumfang oder der Absicht der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Der Controller 14 enthält ferner eine oder mehrere Anwendungen 60. Eine Anwendung 60 ist ein Software-Programm, das konfiguriert ist, eine spezifische Funktion oder einen spezifischen Satz von Funktionen auszuführen. Die Anwendung 60 kann ein oder mehrere Computerprogramme, Software-Komponenten, Sätze von Anweisungen, Prozeduren, Funktionen, Objekten, Klassen, Instanzen, in Beziehung stehende Daten oder einen Abschnitt davon enthalten, die zur Implementierung in einem geeigneten computerlesbaren Programmcode geeignet sind. Die Anwendungen 60 können innerhalb des Speichers 56 oder in einem zusätzlichen oder separaten Speicher gespeichert sein. Beispiele der Anwendungen 60 enthalten Audio- oder Video-Streaming-Dienste, Spiele, Browser, soziale Medien usw. Gemäß anderen Beispielen werden die Anwendungen 60 verwendet, um Funktionen des Karosseriesteuersystems, Funktionen des Aufhängungssteuersystems oder dergleichen in einem beispielhaften Kraftfahrzeug 12 zu managen.
In 2 und weiterhin bezüglich 1 verwendet das System 10 eine oder mehrere Anwendungen 60, die im Speicher 56 gespeichert sind, zum Managen der Chassis- und Triebstrang-Aktuatoren 52 des Kraftfahrzeugs 12. Gemäß mehreren Aspekten enthalten die Anwendungen 60 Computersteuercodeabschnitte, die die Aktuatoren 52 koordinieren, um die Kräfte auf die Reifen 18 auf der Ebene der Achsen und/oder der Räder 27 umzuverteilen und/oder die Kapazität der Reifen 18 einzustellen, um eine erhöhte Krafterzeugung an der Reifen 18/Straßenoberflächen-Aufstandsfläche 38 zu ermöglichen. Die Computersteuercodeabschnitte arbeiten unter Verwendung einer physikbasierten Technik, die sowohl die Funktionalität jedes Aktuators 52 als auch die Auswirkung des Aktuators 52 auf die Kraftfahrzeugbewegung 12 durch sowohl die Dynamik der Karosserie 62 und der Räder 27 als auch durch kombinierte Schlupfmodelle der Reifen 18 modelliert. Das kombinierte Schlupfmodell der Reifen 18 berechnet die normierten Längs- und Querkräfte in der Reifen 18/Straßenoberflächen-Aufstandsfläche 38 aufgrund der Verformung und der Eigenschaften der Reifen 18. Anschließend werden basierend auf der verfügbaren vertikalen Kraft die Kräfte auf die Reifen 18 in der Längs- und der Querrichtung berechnet und mit der Dynamik der Räder 27 und der Karosserie 62 verknüpft, um die Auswirkung der eingestellten Kräfte auf die Dynamik des Kraftfahrzeugs 12 zu verstehen.
Spezifischer empfängt das System 10 im Block 100 eine Fahrereingabe 102 in einen Fahrersteuerinterpreter (DCI) 104. Der DCI 104 liest verschiedene Fahrereingaben, wie z. B. eine Lenkeingabe, eine Drosselklappeneingabe, eine Bremseingabe und dergleichen, und interpretiert die Fahrereingaben vor dem Erzeugen eines Soll-Dynamiksignals 106 in der Form einer Aktuatorausgabe. Gemäß mehreren Aspekten bestimmt der DCI 104 die Grenzen für die Optimierung und die optimale Koordination der Aktuatoren 52. In komplexen Fahrszenarien bei oder nah bei den Grenzen der Haftung der Reifen 18 können die Eingaben des Fahrers die vorgegebenen Kapazitäten der Aktuatoren 52, die Kapazitäten der Reifen 18 und dergleichen überschreiten. Dementsprechend verwendet das System 10 eine eingeschränkte Optimierung, um eine ausreichende Kapazität in der X- und der Y-Richtung in Echtzeit neu zuzuweisen und um die Kräfte auf die Reifen 18 innerhalb der Funktionalitäts- und Hardware-Beschränkungen jedes der Aktuatoren 52 neu zu verteilen. Die Aktuatoren 42 außerhalb der Ebene können die Normalkräfte modifizieren und die Krafterzeugung in der X- und/oder der Y-Richtung an der Haftungsgrenze der Reifen 18 ändern. Die eingeschränkte Optimierung untersucht, ob die aktuelle Kapazität der Reifen 18 bei den Funktionalitäts- und Hardware-Beschränkungen der Aktuatoren 52 ausreichend ist, um die Kräfte auf die Reifen 18 umzuverteilen, um die Sollbewegung des Kraftfahrzeugs 12 unter Verwendung des eAWD 34 und/oder des eLSD 36 zu erreichen, oder wo die Kapazität der Reifen 18 erhöht werden muss, falls durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs 12 eine erhöhte Traktion oder Seitengriffigkeit angefordert wird. Die eingeschränkte Optimierung wird in Echtzeit gelöst, um die Steuerbefehle von den verschiedenen Aktuatoren 52 optimal zu harmonisieren, so dass die Leistungsfähigkeiten des Kraftfahrzeugs 12 maximiert sind und so dass die Steuereingriffe minimiert sind. Das heißt, die Leistungsfähigkeiten des Kraftfahrzeugs 12 werden von einem ersten Niveau auf ein zweites Niveau erhöht, das größer als das erste Niveau ist, so dass Steuereingriffe, wie z. B.: eine Traktionssteuersystemeingabe (TCS-Eingabe), eine Stabilitätssteuersystemeingabe, eine Antiblockiersystemeingabe (ABS-Eingabe) oder dergleichen, verringert oder im Wesentlichen eliminiert werden.
Das System 10 enthält mehrere Steuervorrichtungen, von denen eine oder mehrere in einen einzigen Controller 14 integriert sein können oder in getrennte, separate Controller 14 integriert sein können, die elektronisch miteinander in Verbindung stehen. Die Controller 14 enthalten einen Vorsteuerungs-Controller 108, der die Aktuatoren 52 befehligt, um bestimmte Eigenschaften des Einschwingverhaltens zu erreichen, optimale Referenzsteuermaßnahmen bereitzustellen und die Steuerreaktionen um einen Arbeitspunkt zu linearisieren. Spezifischer liefert der Vorsteuerungs-Controller 108 präemptive Steuersignale des eLSD 36 und präemptive Steuersignale des eAWD 34. Die präemptiven Steuersignale stellen die Ausgaben des Aktuators 52 ein, so dass sie mit den Steuersignalschätzungen von einem Sensor-/Schätzmodul 110 übereinstimmen.
Das Sensor-/Schätzmodul 110 liefert Informationen an den optimierungsbasierten Vorsteuerungs-Controller 108 und den Rückkopplungs-Controller 112. Gemäß mehreren Aspekten erzeugt das Sensor-/Schätzmodul 110 Schätzungen 116 für jedes der verschiedenen aktiven Chassis- und Dynamiksysteme, mit denen das Kraftfahrzeug 12 ausgestattet ist. Gemäß einem speziellen Beispiel enthält das Sensor-/Schätzmodul 110 eine Modellschätzung des eLSD 36, eine Modellschätzung des eAWD 34 und Fahrzeugdynamikschätzungen 116. Ebenso enthält die Modellschätzung des eLSD 36 Schätzungen des Kupplungsdrehmoments und Schätzungen der maximalen Kupplungsdrehmomentkapazität. Die Modellschätzung des eAWD 34 erzeugt Schätzungen des maximalen Drehmoments des Elektromotors 24. Schließlich enthalten die Fahrzeugdynamikschätzungen 116 Fahrzeugzustände, Informationen über die Straßenoberfläche, Berechnungen der Kräfte auf die Reifen 18 und Straßenwinkel.
Ein Rechner 114 der dynamischen Beschränkungen wendet die tatsächlichen physikalischen Beschränkungen und die Beschränkungen der Reifen 18 und der Stra-ßenhaftung auf die Signale von dem Sensor-/Schätzmodul 110 an.
Schließlich arbeitet der Rückkopplungs-Controller 112, um eine maximale mögliche Leistung, Stabilität, Handhabung, Manövrierbarkeit und Lenkbarkeit des Kraftfahrzeugs 12 unter Verwendung der Aktuatoren 32, 42 in der Ebene und außerhalb der Ebene zu erreichen. Der Rückkopplungs-Controller 112 empfängt ein Soll-Dynamiksignal 106 des Kraftfahrzeugs 12 von dem DCI 104, eine Referenzsteuermaßnahme 120 vom Vorsteuerungs-Controller 108, Steuermaßnahmenbeschränkungen 122 vom Rechner 114 der dynamischen Beschränkungen und Messungen 124 von den verschiedenen Sensoren 64, mit denen das Kraftfahrzeug 12 ausgestattet ist. Der Rückkopplungs-Controller 112 integriert dann das Soll-Dynamiksignal 106, die Referenzsteuermaßnahme 120, die Steuermaßnahmenbeschränkungen 122 und die Messungen 124 in ein Modell, das die Dynamik der Karosserie 62 und der Räder 27 und die Aktuatoren 32, 42 in der Ebene und außerhalb der Ebene berücksichtigt. Der Rückkopplungs-Controller 112 modelliert sowohl das Drehmoment des Elektromotors 24, die Ausgaben des eLSD 36, die Ausgaben des eAWD 34 und die kombinierten Schlupfdaten der Reifen 18 als auch die Wechselwirkungen der verschiedenen Aktuatoren 52 des Kraftfahrzeugs von vorne nach hinten und/oder von Seite zu Seite.
Zusätzlich wird im Rückkopplungs-Controller 112 eine Herangehensweise der modellprädiktiven Steuerung (MPC-Herangehensweise) verwendet. Der Rückkopplungs-Controller 112 empfängt verschiedene Zustandsvariable des Kraftfahrzeugs 12 von den Sensoren 64, mit denen Kraftfahrzeug 12 ausgestattet ist. Die Sensoren 64 können eine umfassende Vielfalt von Daten des Kraftfahrzeugs 12 messen und aufzeichnen. Gemäß mehreren Beispielen können die Sensoren 64 Trägheitsmesseinheiten (IMUs) 66, Aufhängungssteuereinheiten, wie z. B. eine halbaktive Dämpfungsaufhängung (SADS) 68, Sensoren des globalen Positionierungssystems (GPS-Sensoren) 70, Raddrehzahlsensoren 72, Drosselklappenpositionssensoren 74, Fahrpedalpositionssensoren 76, Bremspedalpositionssensoren 78, Lenkpositionssensoren 80, Reifendrucküberwachungssensoren 82, Aerodynamikelementpositionssensoren 84 und dergleichen, enthalten. Die IMUs 66 können die Bewegung, die Beschleunigung und dergleichen in mehreren Freiheitsgraden messen. Gemäß einem spezifischen Beispiel können die IMUs 66 die Position, die Bewegung, die Beschleunigung usw. in wenigstens drei Freiheitsgraden messen. Gleichermaßen können die Sensoren der SADS 68 IMUs 66 sein, die in drei oder mehr Freiheitsgraden messen können. Gemäß einigen Beispielen kann die SADS 68 aus Aufhängungsnaben-Beschleunigungsmessern oder dergleichen bestehen.
Dementsprechend können die Zustandsvariable des Kraftfahrzeugs 12 irgendwelche einer umfassenden Vielfalt von Daten enthalten, einschließlich, aber nicht eingeschränkt auf: Drehzahldaten der Räder 27, SADS- und IMU-Daten einschließlich Lage, Beschleunigung und dergleichen.
Der Abschnitt oder Algorithmus der MPC-Steuerlogik im Rückkopplungs-Controller 112 erzeugt Zustandsvorhersagen basierend auf den anfänglichen Zustandsvariable, die durch die Sensoren 64 an dem Kraftfahrzeug 12 gemessen oder geschätzt werden. Es können außerdem zusätzliche Schätzungen 116 vorgenommen werden, um die Auswirkung verschiedener Faktoren auf die Zustandsvariable zu modellieren. In den Fällen einer Nichtlinearität im Vorhersagemodell wird ein linearisiertes Modell für spezifische Betriebsparameter unter Verwendung von Messungen und/oder Schätzungen 116 der Zustandsvariable des Kraftfahrzeugs 12 und von Referenzsteuermaßnahmen 120 bereitgestellt. Um mögliche Steuerbefehle für die verschiedenen Aktuatoren 52 zu entwickeln, sollten die Grenzen der Kapazität der Aktuatoren 52 und der Kapazität der Reifen 18 bei den Berechnungen berücksichtigt werden. Das heißt, ein gegebener Aktuator 52 im Kraftfahrzeug 12 kann einen begrenzten Bereich der Ausgaben aufweisen, der einen begrenzten Bewegungsbereich, Begrenzungen an die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung, das Drehmoment des Aktuators 52 und dergleichen enthält, aber nicht darauf eingeschränkt ist. Ähnlich kann die Kapazität der Reifen 18 durch eine Profiltiefe, einen Verschleiß der Reifen 18, einen Druck der Reifen 18, eine Mischung der Reifen 18, eine Temperatur der Reifen 18, einen Reibungskoeffizienten einer Straßenoberfläche an der Aufstandsfläche 38 und dergleichen begrenzt sein. Dementsprechend enthält der Rückkopplungssteuerabschnitt der MPC in dem Rückkopplungs-Controller 112 sowohl einen Offline-Steuerlogikabschnitt, der eine Formulierung der Zustandsvariable des Kraftfahrzeugs 12 als auch einen Entwurf des Steuerziels enthält, als auch einen Online-Optimierungssteuerlogikabschnitt.
Ein Vorhersagemodell-Steuerlogikabschnitt sagt die Entwicklung der Zustandsvariable (X) vorher und bewertet einen Zusammenhang zwischen einem Steuermaßnahmenablauf (U) und den Ausgaben (Y) über einen endlichen Vorhersagehorizont. Der Vorhersagemodell-Steuerlogikabschnitt enthält die Kraftfahrzeug-Kerndynamik, wie z. B. ein Dynamikmodell der Karosserie 62, das die Längs-, Quer-, Gier-, Rückprall- und Nickeigenschaften des Kraftfahrzeugs 12 enthält. Gleichermaßen enthält die Vorhersagemodell-Steuerlogik ein Dynamikmodell der Räder 27, das sowohl Winkelgeschwindigkeits- und Relativgeschwindigkeitsdaten als auch Längsschlupf- und Schlupfverhältnis-Eigenschaften jedes Rades 27 enthält. Die Vorhersagemodell-Steuerlogik enthält außerdem z. B. ein Mechanikmodell der Reifen 18, das ein kombiniertes Reifenschlupfmodell für jeden Reifen 18 des Kraftfahrzeugs 12 enthält. Schließlich enthält die Vorhersagemodell-Steuerlogik ein Modell der Aktuatoren 52, das die Dynamik, die Beschränkungen und die Funktionalität der Aktuatoren 52 enthält.
Das System 10 enthält ferner ein Überwachungs-Steuermodul 200. Das Überwachungs-Steuermodul 200 ist ein Controller 14, der Komponenten enthält, die zu jenen im Wesentlichen ähnlich sind, die oben beschrieben worden sind. Die Steuerlogikabschnitte des Überwachungs-Steuermoduls 200 arbeiten jedoch, um die Leistung und die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems 10 in komplexen Fahrsituationen durch das Einstellen von Steuerbefehlen in Echtzeit gemäß den Daten von den Sensoren 64 und den Aktuatoren 52 des Kraftfahrzeugs 12 zu verbessern. Allgemein führt das Überwachungs-Steuermodul 200 eine oder mehrere Prüfungen aus, um die Genauigkeit der berechneten Steuermaßnahmen zu bestimmen, wobei es alle unerwünschten Steuermaßnahmen, die angefordert werden können, modifiziert. Das Überwachungs-Steuermodul 200 arbeitet in einer eingeschränkten Echtzeitweise, um mehrere Aktuatoren 52 des Kraftfahrzeugs 12 zu managen, um mehrere objektive Fahrzeugsteuerprobleme zu lösen. Gemäß mehreren Aspekten koordiniert und priorisiert das Überwachungs-Steuermodul 200 die Aktuatoren 52, um die Solldynamik des Kraftfahrzeugs 12 innerhalb der Begrenzungen der Aktuatoren 52 der Kapazität der Reifen 18 und dergleichen zu erreichen. Das Überwachungs-Steuermodul 200 führt Rationalitätsprüfungen aus, um die befohlenen Steuermaßnahmen der Fahrereingabe 102 zu beurteilen und die potentielle Fähigkeit, um die Stabilität des Kraftfahrzeugs 12 aufrechtzuerhalten, in Anbetracht der vom Fahrer befohlenen Steuermaßnahmen zu bewerten. Falls die durch das Überwachungs-Steuermodul 200 berechneten Steuermaßnahmen die Begrenzungen der Aktuatoren 52, die Kapazität der Reifen 18 oder dergleichen überschreiten, stellt das Überwachungs-Steuermodul 126 die Optimierungsbeschränkungen ein, um derartige Steuereingaben nicht zu erlauben. Das Überwachungs-Steuermodul 200 bringt die Sollwirkungen jeder Steuermaßnahme in das Steuersystem ein, insbesondere für die Aktuatoren 52 mit komplexen, nichtlinearen mathematischen Modellen, die keine direkte Wirkung auf den Zustand des Kraftfahrzeugs 12 haben können. Zusätzlich aktualisiert das Überwachungs-Steuermodul 200 durch Überwachen des Status der Karosserie, der Räder 27 und der Achsen 28, 30 die Prioritäten der Steuerbetätigungen und der Steuerziele in Echtzeit, um eine angemessene Leistung des Kraftfahrzeugs 12 sicherzustellen. Gemäß mehreren Aspekten wirkt das Überwachungs-Steuermodul 200 als ein Filter zwischen
Das Überwachungs-Steuermodul 200 enthält wenigstens zwei primäre Steuerlogikabschnitte: einen Überwachungs-Steuerabschnitt 202 auf hoher Ebene und einen Aktuatorkoordinations- und -priorisierungsabschnitt 204. Das Überwachungs-Steuermodul 200 führt eine Echtzeit-Überwachung des Verhaltens der Räder 27, der Achse 28, 30 und der Karosserie 62 aus. Für ein gegebenes Situationsverhalten jedes Rads 27, jeder Achse 28, 30 und der Karosserie 62 des Kraftfahrzeugs 12 definiert das Überwachungs-Steuermodul 200 eine Enveloppe für die Steuermaßnahmen. Spezifischer beginnt das Überwachungs-Steuermodul 200 die Echtzeit-überwachung durch Prüfen eines Status der Karosserie 62 des Kraftfahrzeugs 12. Vorausgesetzt, dass die Stabilität der Karosserie 62 die höchste Priorität aufweist, werden in der Logik des Überwachungs-Steuermoduls 200 die Informationen des Karosseriesteuermoduls 15 zuerst betrachtet. Das Steuermodul 15 detektiert den Status der Karosserie 62 durch Vergleichen der gemessenen Giergeschwindigkeit und der Schwimmwinkel mit den Stabilitätsspannen, die als: $r_{\underset{m i n}{m a x}} = \pm \frac{μ g ζ_{r}}{ν x}$
$β_{\underset{m i n}{m a x}} = \pm arctan (\frac{3 ζ μ F_{z}}{C_{α r}}) + \frac{l_{r} r}{ν_{x}}$
definiert sind, wobei r die Giergeschwindigkeit ist, β der Schwimmwinkel ist, v_x die Längsgeschwindigkeit ist, l_r der Abstand vom Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs zur Hinterachse 30 ist und l_f der Abstand vom Schwerpunkt zur Vorderachse 28 ist, l der Abstand zwischen der Vorder- und der Hinterachse 28, 30 ist, m die Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs 12 ist, µ der Reibungskoeffizient der Straße ist und C_a die Kurvenfahrt-Steifigkeit der Reifen 18 ist. Falls der Status der Karosserie 62 stabil ist, d. h., wenn sich die Giergeschwindigkeit, der Schwimmwinkel und die Längsgeschwindigkeit innerhalb vorgegebener Stabilitätsspannen befinden, sendet das Karosseriesteuermodul 15 einen grünen Merker (oder andere derartige positive Zeichen) an das Überwachungs-Steuermodul 200. Falls jedoch das Überwachungs-Steuermodul 200 einen roten Merker (oder andere derartige negative Zeichen) vom Karosseriesteuermodul 15 empfängt, interpretiert das Überwachungs-Steuermodul 200 den roten Merker als eine Angabe, dass das Kraftfahrzeug 12 die vorgegebenen Stabilitätsspannen überschritten hat.
Sobald das Überwachungs-Steuermodul 200 ein Signal des Karosseriesteuermoduls 15 empfangen hat, prüft das Überwachungs-Steuermodul 200 den Stabilitätsstatus der Achsen 28, 30. Spezifischer fragt das Überwachungs-Steuermodul 200 das Achsüberwachungsmodul 17 ab, um zu bestimmen, ob jede Achse 28, 30 seitlich gesättigt worden ist. Die Vorder- und die Hinterachse 28, 30 sind als gesättigt definiert, wenn die Schlupfwinkel der Reifen 18 größer als die Sättigungsgrenzen der Reifen sind, die durch: $α_{l i m} = a r c t a n (\frac{3 ζ μ F_{z}}{C_{α r}})$
definiert sind, wobei F_z die Normallast des Reifens 18 ist, C_a die Steifigkeit des Reifens 18 ist, µ der Reibungskoeffizient der Straße und κ das Reifenschlupfverhältnis ist. Falls die Achse 28, 30 seitlich gesättigt worden ist, erkennt das Überwachungs-Steuermodul 200, dass das Drehmoment der Achse 28, 30 eingeschränkt und nicht weiter von einem aktuellen Drehmomentniveau der Achse 28, 30 erhöht werden sollte. Das heißt, wenn die Achse 28, 30 seitlich gesättigt ist, ist es wahrscheinlich, dass sich das Kraftfahrzeug 12 in der Nähe, an oder sogar oberhalb der Haftungsgrenzen der Reifen 18 befindet. Wenn im Gegensatz das Achsüberwachungsmodul 17 meldet, dass die Achsen 28, 30 des Kraftfahrzeugs 12 nicht seitlich gesättigt sind, kann das Überwachungs-Steuermodul 200 die Ausführung einer Steuerlogik ermöglichen, die das Drehmoment der Achse 28, 30 erhöht.
Nachdem nun sowohl der Zustand der Karosserie 62 über das Karosseriesteuermodul 15 als auch der Status jeder Achse 28, 30 über das Achsüberwachungsmodul 17 geprüft worden sind, bestimmt das Überwachungs-Steuermodul 200 einen Status jedes der Räder 27 des Kraftfahrzeugs 12. Spezifischer fragt das Überwachungs-Steuermodul 200 das Sensor-/Schätzmodul 110 oder das Radstabilitätsmodul 110' ab, um zu bestimmen, ob die geschätzten Schlupfverhältnisse jedes Reifens 18 des Kraftfahrzeugs 12 angeben, dass die Reifen 18 die Stabilitätsspannen passieren oder überschritten haben. Das heißt, das Radstabilitätsmodul 110' empfängt die geschätzten Werte der Schlupfverhältnisse der Reifen und vergleicht sie mit den Stabilitätsspannen κ_max der Reifen 18. Falls die Reifen 18 die Stabilitätsspannen der Reifen 18 überschritten haben, setzt das Überwachungs-Steuermodul 200 einen roten Merker (oder andere derartige negative Zeichen), während das Überwachungs-Steuermodul 200 einen grünen Merker (oder andere derartige positive Zeichen) setzt, falls sich die Reifen 18 noch innerhalb der Stabilitätsspannen der Reifen 18 befinden.
Es sollte erkannt werden, dass im Vorhergehenden das Konzept eines „roten Merkers“ angibt, dass eine Stabilitätsgrenze für eine oder mehrere Komponenten des Kraftfahrzeugs 12 überschritten worden ist, während ein „grüner Merker“ angibt, dass die Stabilitätsgrenze für eine oder mehrere Komponenten des Kraftfahrzeugs 12 nicht überschritten worden ist, und dass es überdies einen zusätzlichen Spielraum für die Steuerung gibt. Wenn gemäß einem Beispiel ein roter Merker gesetzt worden ist, darf kein zusätzliches Drehmoment auf die Räder 27 oder die Achsen 28, 30 des Kraftfahrzeugs 12 ausgeübt werden, während, wenn ein grüner Merker gesetzt worden ist, etwas zusätzliches Drehmoment auf die Räder 27 und/oder die Achsen 28, 30 des Kraftfahrzeugs bis zu den vorgegebenen Stabilitätsgrenzen des Kraftfahrzeugs 12 ausgeübt werden kann.
Basierend auf den verfügbaren Aktuatoren 52, den Stabilitätsinformationen und den Zielen des Steuersystems 10 bestimmt das Überwachungs-Steuermodul 200, ob irgendeine Einstellung der Steuermaßnahmen-Beschränkungen erforderlich ist. Bei jedem Zeitschritt werden die Optimierungsbeschränkungen durch einen Satz von logikbasierten Regeln aktualisiert. Die Überwachungslogiken ändern die Grenzen der Steuermaßnahmen-Variationen Δu_min und Δu_max. Wenn das Zunehmen der Steuermaßnahme aufhören muss, dann: Δu_min ≤ Δu ≤ Δu_max ⇒ Δu_min ≤ Δu ≤ 0. Wohingegen, wenn das Abnehmen der Steuermaßnahme aufhören muss, dann: Δu_min ≤ Δu ≤ Δu_max ⇒ 0 ≤ Δu ≤ Δu_max. Die Zustandsraumform des Vorhersagemodells des Überwachungs-Steuermoduls 200 kann als:

${\begin{matrix} \dot{x} = A x + B u + d \\ y = C x \end{matrix}$
mit: den Steuervariable: u = [T_f T_C]^T; den Steuerausgaben: y = [β r]^T; den Sollausgaben: y_des = [β_des r_des]^T; der Soll-Giergeschwindigkeit: r_des = sign(r_ss) mine |r_ss|, |r_max|); dem Soll-Schwimmwinkel: β_des = sign(β_ss) min(|β_ss|, |β_max|); der stationären Giergeschwindigkeit: $r_{s s} = \frac{ν_{x}}{l + k_{u s} ν_{x}^{2}} δ;$
und dem stationären Schwimmwinkel: $β_{s s} = \frac{l_{r} - m l_{ƒ} ν_{x}^{2} / 2 l C_{α r}}{l + k_{u s} ν_{x}^{2}} δ$
dargestellt werden.

Es sollte jedoch erkannt werden, dass die Dynamik der Aktuatoren 52 in dem Vorhersagemodell berücksichtigt werden sollte, da Aktuatoren 52 typischerweise eine Zeitverzögerung τ während der Betätigung enthalten. Dementsprechend kann die Aktuatordynamik durch das Folgende modelliert werden: $[\begin{matrix} {\dot{T}}_{ƒ, a} \\ {\dot{T}}_{C, a} \end{matrix}] = [\begin{matrix} - \frac{1}{τ_{z}} & 0 \\ 0 & - \frac{1}{τ_{z}} \end{matrix}] [\begin{matrix} T_{ƒ, a} \\ T_{C, a} \end{matrix}] + [\begin{matrix} \frac{1}{τ_{z}} & 0 \\ 0 & \frac{1}{τ_{z}} \end{matrix}] [\begin{matrix} T_{ƒ, r} \\ T_{C, r} \end{matrix}]; und {\dot{x}}_{u} = A_{u} x_{u} + B_{u} u_{r}$
Die Aktuatordynamik kann dann durch die folgenden Gleichungen in das Vorhersagemodell integriert werden: $[\begin{matrix} \dot{x} \\ {\dot{x}}_{u} \end{matrix}] = [\begin{matrix} A & B \\ 0 & A_{u} \end{matrix}] [\begin{matrix} x \\ x_{u} \end{matrix}] + [\begin{matrix} 0 \\ B_{u} \end{matrix}] u_{r} + [\begin{matrix} d \\ 0 \end{matrix}] und Y = [\begin{matrix} C & 0 \end{matrix}] [\begin{matrix} x \\ x_{u} \end{matrix}] .$
Durch Setzen von $[\begin{matrix} A & B \\ 0 & A_{u} \end{matrix}] als \bar{A}, [\begin{matrix} 0 \\ B_{u} \end{matrix}] als \bar{B}, [\begin{matrix} C & 0 \end{matrix}] als \bar{C} und [\begin{matrix} d \\ 0 \end{matrix}] als \bar{d}$
kann die obige Modellgleichung der Aktuatordynamik sowohl in zeitkontinuierlicher als auch in zeitdiskreter Form ausgedrückt werden. In kontinuierlicher Zeit kann die Gleichung als: Ẋ = AX + Bu_r + d und Y = CX geschrieben werden, während die zeitdiskrete Version der Gleichung als: X_k+1 = A _dX_k + B _du_r,k + d _d und Y_k = C _dX_k geschrieben werden kann. Gemäß mehreren Aspekten kann die Abtastzeit T_s für einen typischen Aktuator 52 etwa 12,5 Millisekunden betragen, es sollte jedoch erkannt werden, dass die Abtastzeiten T_s für verschiedene Aktuatoren 52 erheblich variieren können, ohne von dem Schutzumfang oder der Absicht der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Das Überwachungs-Steuermodul 200 verwendet die Steuerlogik im Rückkopplungs-Controller 112, um Δu_in als einen neuen Zustand für das integrierte Zustandsraummodell zu definieren: ${\begin{matrix} X_{u, k + 1} = X_{u, k} + Δ u_{i n, k} \\ Δ u_{i n, k} = u_{i n, k} - Δ u_{i n, k - 1} \end{matrix}$
Das Integrieren der Eingangsinkremente Δu_r in das Zustandsraummodell liefert: $[\begin{matrix} X_{k + 1} \\ X_{u, k + 1} \end{matrix}] = [\begin{matrix} {\bar{A}}_{d} & {\bar{B}}_{d} \\ 0 & I \end{matrix}] [\begin{matrix} X_{k} \\ X_{u, k} \end{matrix}] + [\begin{matrix} {\bar{B}}_{d} \\ 0 \end{matrix}] Δ u_{r} + [\begin{matrix} {\bar{d}}_{d} \\ 0 \end{matrix}] und Y = [\begin{matrix} {\bar{C}}_{d} & 0 \end{matrix}] [\begin{matrix} X_{k} \\ X_{u, k} \end{matrix}] .$
Die Beschränkungen an die Änderungsrate der Steuereingänge können durch $Δ u_{r}^{m i n} \leq Δ u_{r} \leq Δ u_{r}^{m a x}$
ausgedrückt werden, während die Beschränkungen an die Steuereingänge selbst durch $Δ u_{r}^{m i n} \leq Δ u_{r} \leq Δ u_{r}^{m a x}$
ausgedrückt werden können. Schließlich wird eine Kostenfunktion angewendet, um zu entscheiden, welche Steuermaßnahmen als Ausgaben des Rückkopplungs-Controllers 112 geeignet sind. Die Kostenfunktion kann als: $\begin{array}{l} J (x (t), U) = \sum_{k = 1}^{p} \underset{V e r f o l g u n g s f e h l e r t e r m}{\underset{︸}{{‖ y_{t + k, t} - y_{t + k, t}^{R e f} ‖}_{W_{1}}^{2}}} + \sum_{k = 0}^{p - 1} \underset{S t e u e r m a ß n a h m e n f e h l e r}{\underset{︸}{{‖ u_{t + k, t} - u_{t + k, t}^{R e f} ‖}_{W_{2}}^{2}}} \\ + \underset{S t e u e r m a ß n a h m e n - V e r f o l g u n g s f e h l e r}{\underset{︸}{{‖ Δ u_{t + k, t} - Δ u_{t + k, t}^{R e f} ‖}_{W_{3}}^{2}}} \end{array}$
$s .t x_{t + k + 1, t} = A x_{t + k, t} + B u_{t + k, t} + d, k = 0, \dots, N - 1$
$x_{0} = x (t)$
$u_{m i n} \leq u_{t + k} \leq u_{m a x}, k = 0, \dots, N - 1$
$H X_{t + k + 1, t} \leq G_{t + k, t} + s_{t + k, t}, k = 0, \dots, N - 1$
ausgedrückt werden, wobei y_t+k,t und $y_{t + k, t}^{R e f}$
die vorhergesagten bzw. die Referenzausgaben bei der Steuerung/Vorhersage bezeichnen. u_t+k,t und $u_{t + k, t}^{R e f}$
bezeichnen die Steuermaßnahmen im Steuer-/Vorhersagehorizont, während Δu_t+k,t und $Δ u_{t + k, t}^{R e f}$
die Steuerungsmaßnahmenvariation bzw. ihre Referenz im Steuer-/Vorhersagehorizont bezeichnen.
Unter Verwendung der obigen Folge von Gleichungen berechnet der Abschnitt oder Algorithmus der MPC-Steuerlogik im Rückkopplungs-Controller 112 optimale Maßnahmen des eAWD 34 und des eLSD 36, um die Gierverfolgungsleistung zu verbessern und den Schlupfwinkel der Reifen 18 innerhalb stabiler Leistungsbereiche aufrechtzuerhalten. Gemäß mehreren Aspekten sendet der Abschnitt oder Algorithmus der MPC-Steuerlogik im Rückkopplungs-Controller 112 ein Drehmoment an die Vorderachse 28, um ein Untersteuerungs-Giermoment zu verursachen und die Gierverfolgungsreaktionen in Reaktion auf ein „Schnips“-Manöver zu verbessern, bei dem der Fahrer des Kraftfahrzeugs 12 ein Übersteuern verursacht, indem er eine große und schnelle Lenkbewegung ausführt und gleichzeitig eine große und aggressive Drehmomentanforderung stellt. Weil der Abschnitt oder Algorithmus der MPC-Steuerlogik nur darauf abzielt, die Karosseriedynamik des Kraftfahrzeugs 12 zu steuern, und das Überwachungs-Steuermodul 200 noch nicht mit dem Managen des Manövers beschäftigt gewesen ist, wird alles des Drehmoments zu der Vorderachse 28 übertragen, wobei die Vorderräder 27 gesättigt werden, was zu einem Ausbrechen WF der Räder mit einem großen Schlupfverhältnis, z. B. Schlupf = 0,8, führt.
In Reaktion auf die Lenkeingabe, die Drehmomentanforderung, die Drehmomentübertragung und das Ausbrechen WF der Räder detektiert das Überwachungs-Steuermodul 200, dass die Vorderräder 27 gesättigt sind, wobei es das weitere Erhöhen des Drehmoments an der Vorderachse 28 anhält. Die Verringerung des Drehmoments verringert das Ausbrechen WF der Räder an den Vorderrädern 27.
Folglich schwächt das Überwachungs-Steuermodul 200 das Ausbrechen WF der Räder an den Vorderrädern 27 ab. Der Controller 14 sendet anschließend ein Drehmoment an die Hinterachse 30, um ein Übersteuerungs-Giermoment zu erzeugen, wobei aber das Überwachungs-Steuermodul 200 weitere Erhöhungen des Drehmoments der Hinterachse 30 anhält, wenn die Hinterräder 27 gesättigt sind. Die Karosserie 62 des Kraftfahrzeugs 12 ist in diesem Stadium stabil, wobei aber die Giergeschwindigkeits-Reaktion zeigt, dass das Fahrzeug ein Untersteuerungs-Giermoment benötigt. Weil die Vorderachse 28 gesättigt ist, verweigert das Überwachungs-Steuermodul 200 Erhöhungen des Drehmoments an der Vorderachse 28. Deshalb überschreitet der Schlupf des rechten Hinterrads den vorgegebenen Schwellenwert für das Ausbrechen WF der Räder (z. B. Schlupf = 0,12). Das Überwachungs-Steuermodul 200 greift ein und räumt der Steuerung der Räder 27 Priorität ein und aktiviert das eLSD 36, selbst wenn das eLSD ein Übersteuerungs-Giermoment in einer Richtung erzeugen kann, die zu der Richtung des Giermoments entgegengesetzt ist, das erforderlich ist, um ein Gierverfolgungsziel zu erreichen.
In 3A ist weiterhin bezüglich der 1-2 ein Entscheidungsbaum gezeigt, der eine Ausführungsform eines Verwendungsverfahrens 300 für das Überwachungs-Steuermodul 200 für ein mit einem eLSD 36 und einem eAWD 34 ausgestattetes Kraftfahrzeug 12 darstellt. Im Beispiel nach 3A beginnt das Verfahren im Block 302, wo der aktuelle Status der Karosserie 62 des Kraftfahrzeugs 12 ermittelt wird. Der Status der Karosserie 62 wird durch den Satz von Sensoren 64 und Aktuatoren 52, mit denen das Kraftfahrzeug 12 ausgestattet ist, über das Karosseriesteuermodul 15 bestimmt. Wenn im Block 302 gemeldet wird, dass der Status der Karosserie 62 vorgegebene Stabilitätsparameter überschreitet (d. h., ein roter Merker gesetzt ist), geht das Verfahren 300 zum Block 304 weiter, in dem eine Drehmomentübertragung zu der Hinterachse 30 des Kraftfahrzeugs 12 angehalten wird. Das Vorgeben einer Verringerung des Drehmoments an der Hinterachse 30 schafft mehrere Vorteile hinsichtlich der Erhöhung der Vorhersagbarkeit und der Steuerbarkeit des Kraftfahrzeugs 12 in extremen Fahrsituationen, in denen sich die Reifen 18 des Kraftfahrzeugs 12 den Haftungsschwellen nähern, sich bei ihnen befinden oder sie überschreiten.
Wenn im Gegensatz im Block 302 gemeldet wird, dass sich der Karosseriestatus innerhalb vorgegebener Stabilitätsparameter befindet (d. h., ein grüner Merker gesetzt ist), geht das Verfahren 300 zum Block 306 weiter, wo ein Status der Achsen 28, 30 bestimmt wird. Spezifischer bestimmt das Achsüberwachungsmodul 17 im Block 306 aus den Sensoren 64 und den Aktuatoren 52 des Kraftfahrzeugs 12, ob sich die Achsen 28, 30 beide innerhalb der vorgegebenen Stabilitätsparameter der Achsen 28, 30 befinden. Wenn sich die Achsen 28, 30 des Kraftfahrzeugs 12 in einem Zustand befinden, der die vorgegebenen Stabilitätsparameter der Achsen 28, 30 überschreitet, dann geht das Verfahren 300 zu den Blöcken 308 und 310 weiter, in denen eine Drehmomentübertragung sowohl zu den Vorder- als auch zu der Hinterachse 28, 30 angehalten wird. Wenn das Verfahren 300 im Block 306 bestimmt, dass sich die Achsen 28, 30 unter den vorgegebenen Stabilitätsparametern befinden, geht das Verfahren 300 zum Block 312 weiter.
Im Block 312 ermittelt das System 10 den Stabilitätsstatus jedes der Räder 27 des Kraftfahrzeugs 12. Spezifischer bestimmt das Sensor-/Schätzmodul 110 oder das Radstabilitätsmodul 110', ob die geschätzten Schlupfverhältnisse jedes Reifens 18 des Kraftfahrzeugs 12 angeben, dass sich die Reifen 18 innerhalb der Stabilitätsspannen befinden oder diese überschritten haben. Falls im Block 312 die Reifen 18 die Stabilitätsspannen überschritten haben, geht das Verfahren 300 zu den Blöcken 314 und 316 weiter, wo eine Drehmomentübertragung sowohl zu der Vorder- als auch zu der Hinterachse 28, 30 angehalten wird. Wenn im Gegensatz im Block 312 bestimmt wird, dass sich die Reifen 18 noch innerhalb der Stabilitätsspannen der Reifen 18 befinden, geht das Verfahren 300 zum Block 318 weiter, wo ein Giermoment (YM) des Kraftfahrzeugs 12 berechnet wird. Gemäß mehreren Aspekten ist das Giermoment YM des Kraftfahrzeugs 12 situationsbezogen, wobei es sowohl: von Stabilitätsparametern des Kraftfahrzeugs 12, wie oben beschrieben worden ist, als auch von den Fahrereingabeanforderungen abhängt. Gemäß einigen Beispielen kann die Fahrereingabeanforderung unter Leistungsfahrbedingungen ein Giermoment YM angeben, das einer Übersteuerungsanforderung gleichkommt, wie durch das Übersteuerungs-Giermoment OYM (OYM) im Block 320 gezeigt ist. Im Gegensatz kann die Fahrereingabeanforderung unter anderen Fahrbedingungen ein Untersteuerungs-Giermoment (UYM) angeben, wie im Block 322 gezeigt ist.
Abermals im Block 306 unternimmt das Verfahren 300 zusätzliche Schritte, wenn die Drehmomentübertragung sowohl zu der Vorder- als auch zu der Hinterachse 28, 30 in den Blöcken 308 bzw. 310 angehalten wird, um sicherzustellen, dass die Fahrersteuerung aufrechterhalten wird. Sobald z. B. eine Drehmomentübertragung zu der Vorderachse 28 im Block 308 angehalten wird, geht das Verfahren 300 zum Block 324 weiter, wo ein Status der Räder 27 bestimmt wird. Wenn das Sensor-/Schätzmodul 110 oder das Radstabilitätsmodul 110' im Block 324 bestimmt, ob die geschätzten Schlupfverhältnisse jedes Reifens 18 des Kraftfahrzeugs 12 angeben, dass sich die Reifen 18 innerhalb der Stabilitätsspannen der Reifen 18 befinden oder diese überschritten haben, geht das Verfahren zum Block 326 weiter, wo ein Giermoment YM berechnet wird und ein Untersteuerungs-Giermoment UYM 328 über die Drehmomentübertragung durch das eLSD 36 und/oder den eAWD 34 bereitgestellt wird oder ein Übersteuerungs-Giermoment OYM 330 über die Drehmomentübertragung durch das eLSD 36 und/oder den eAWD 34 bereitgestellt wird.
Wenn das Sensor-/Schätzmodul 110 oder das Radstabilitätsmodul 110' im Block 324 bestimmt, dass die geschätzten Schlupfverhältnisse jedes Reifens 18 des Kraftfahrzeugs 12 angeben, dass die Reifen 18 die Stabilitätsspannen der Reifen 18 überschritten haben, geht das Verfahren zu den Blöcken 332 und 334 weiter. Ab dem Block 332 wird ein Giermoment YM durch die Aktivierung des eLSD 36 und/oder des eAWD 34 verursacht, um ein Drehmoment zu der Vorderachse 28 zu übertragen, um im Block 336 ein Untersteuerungs-Giermoment UYM in den Situationen zu erzeugen, in denen ein Untersteuern vorzuziehen ist, um die Stabilität der Reifen 18 über dem Schwellenwert zu korrigieren. Ähnlich werden, wenn sich das Kraftfahrzeug 12 in einem Zustand befindet, in dem ein Übersteuerungs-Giermoment OYM vorzuziehen ist, um die Stabilität der Reifen 18 über dem Schwellenwert zu korrigieren, im Block 338 das eLSD 36 und/oder der eAWD 34 bei einer Drehmomentübertragung zu der Vorderachse 28 in Anspruch genommen, um ein Übersteuerungs-Giermoment OYM zu verursachen.
Ab dem Block 334 managt das System 10 die Drehmomentübertragung zu der Hinterachse 30 des Kraftfahrzeugs 12. Spezifischer wird eine Drehmomentübertragung zu der Hinterachse 30 des Kraftfahrzeugs 12 angehalten. Im Block 340, wenn ein Ausbrechen (WF) der Räder detektiert wird, priorisiert das System 10 die Steuerung der Räder 27, wobei es im Block 342 ein Giermoment YM durch Anwendung einer Drehmomentübertragung zu der Hinterachse erzeugt, um entweder im Block 344 ein Untersteuerungs-Giermoment UYM oder im Block 346 ein Übersteuerungs-Giermoment OYM über die Drehmomentübertragung durch das eLSD 36 und/oder den eAWD 34 an der Hinterachse 30 zu verursachen.
Wenn die Drehmomentübertragung zu der Hinterachse 30 im Block 310 abgehalten wird, geht das Verfahren 300 zum Block 348 weiter, wo ein Status der Räder 27 bestimmt wird. Wenn das Sensor-/Schätzmodul 110 oder das Radstabilitätsmodul 110' im Block 348 bestimmt, ob die geschätzten Schlupfverhältnisse jedes Reifens 18 des Kraftfahrzeugs 12 angeben, dass sich die Reifen 18 innerhalb der Stabilitätsspannen der Reifen 18 befinden oder diese überschritten haben, geht das Verfahren zum Block 350 weiter, wo ein Giermoment YM berechnet wird und ein Untersteuerungs-Giermoment UYM 352 über die Drehmomentübertragung durch das eLSD 36 und/oder den eAWD 34 bereitgestellt wird oder ein Übersteuerungs-Giermoment OYM 354 über die Drehmomentübertragung durch das eLSD 36 und/oder den eAWD 34 bereitgestellt wird.
Wenn das Sensor-/Schätzmodul 110 oder das Radstabilitätsmodul 110' im Block 348 bestimmt, dass die geschätzten Schlupfverhältnisse jedes Reifens 18 des Kraftfahrzeugs 12 angeben, dass die Reifen 18 die Stabilitätsspannen der Reifen 18 überschritten haben, geht das Verfahren 300 zu den Blöcken 356 und 358 weiter. Im Block 360 wird ein Giermoment YM durch Aktivierung des eLSD 36 und/oder des eAWD 34 verursacht, um ein Drehmoment zu der Vorderachse 28 zu übertragen, um ein Untersteuerungs-Giermoment UYM in den Situationen zu erzeugen, in denen Untersteuern vorzuziehen ist, um die Stabilität der Reifen 18 über dem Schwellenwert zu korrigieren. Ähnlich werden, wenn sich das Kraftfahrzeug 12 in einem Zustand befindet, in dem ein Übersteuerungs-Giermoment OYM vorzuziehen ist, um die Stabilität der Reifen 18 über dem Schwellenwert zu korrigieren, im Block 362 das eLSD 36 und/oder der eAWD 34 bei einer Drehmomentübertragung zu der Vorderachse 28 in Anspruch genommen, um ein Übersteuerungs-Giermoment OYM zu erzeugen.
Ab dem Block 358 managt das System 10 die Drehmomentübertragung zu der Hinterachse 30 des Kraftfahrzeugs 12. Spezifischer wird eine Drehmomentübertragung zu der Hinterachse 30 des Kraftfahrzeugs 12 angehalten. Im Block 364, wenn ein Ausbrechen WF der Räder detektiert wird, priorisiert das System 10 die Steuerung der Räder 27, wobei es ein Giermoment YM durch Anwendung einer Drehmomentübertragung zu der Hinterachse erzeugt, um entweder ein Untersteuerungs-Giermoment UYM im Block 366 oder ein Übersteuerungs-Giermoment OYM im Block 368 über die Drehmomentübertragung durch das eLSD 36 und/oder den eAWD 34 zu der Hinterachse 30 zu verursachen.
Sobald abermals im Block 304 die Drehmomentübertragung zu der Hinterachse 30 des Kraftfahrzeugs 12 angehalten ist, geht das Verfahren 300 zum Block 370 weiter, wo ein Status der Räder 27 über das Sensor-/Schätzmodul 110 oder das Radstabilitätsmodul 110' bestimmt wird. Wenn das Sensor-/Schätzmodul 110 oder das Radstabilitätsmodul 110' bestimmt, dass die geschätzten Schlupfverhältnisse jedes Reifens 18 des Kraftfahrzeugs 12 angeben, dass sich die Reifen 18 innerhalb der Stabilitätsspannen der Reifen 18 befinden, geht das Verfahren 300 zum Block 372 weiter, wo ein Giermoment YM berechnet wird und entweder ein Untersteuerungs-Giermoment UYM 374 über die Drehmomentübertragung durch das eLSD 36 und/oder den eAWD 34 bereitgestellt wird oder ein Übersteuerungs-Giermoment OYM 376 über die Drehmomentübertragung durch das eLSD 36 und/oder den eAWD 34 bereitgestellt wird.
Wenn jedoch das Sensor-/Schätzmodul 110 oder das Radstabilitätsmodul 110' im Block 370 bestimmt, dass die geschätzten Schlupfverhältnisse jedes Reifens 18 des Kraftfahrzeugs 12 angeben, dass die Reifen 18 die Stabilitätsspannen der Reifen 18 überschritten haben, geht das Verfahren zu den Blöcken 378 und 380 weiter. Ab dem Block 378 wird eine Drehmomentübertragung zu der Vorderachse 28 ausgeführt. Spezifischer wird im Block 382 ein Untersteuerungs-Giermoment UYM durch Aktivierung des eLSD 36 und/oder des eAWD 34 verursacht, um in den Situationen, in denen ein Untersteuern vorzuziehen ist, um die Stabilität der Reifen 18 über dem Schwellenwert zu korrigieren, ein Drehmoment zu der Vorderachse 28 zu übertragen. Ähnlich werden, wenn sich das Kraftfahrzeug 12 in einem Zustand befindet, in dem ein Übersteuerungs-Giermoment OYM vorzuziehen ist, um die Stabilität der Reifen 18 über dem Schwellenwert zu korrigieren, im Block 384 das eLSD 36 und/oder der eAWD 34 bei einer Drehmomentübertragung zu der Vorderachse 28 in Anspruch genommen, um ein Übersteuerungs-Giermoment OYM zu verursachen.
Überdies überwacht das Sensor-/Schätzmodul 110 oder das Radstabilitätsmodul 110' im Block 378 die Räder 27 ebenfalls auf ein Ausbrechen WF der Räder, wobei, wenn ein Ausbrechen WF der Räder detektiert wird, eine Drehmomentübertragung zu der Vorderachse 28 angehalten wird und im Block 386 ein Giermoment verursacht wird. Spezifischer wird im Block 388 ein Untersteuerungs-Giermoment UYM durch Aktivierung des eLSD 36 und/oder des eAWD 34 verursacht, um in den Situationen, in denen ein Untersteuern vorzuziehen ist, um die Stabilität der Reifen 18 über dem Schwellenwert zu korrigieren, ein Drehmoment zu der Vorderachse 28 zu übertragen. Ähnlich werden, wenn sich das Kraftfahrzeug 12 in einem Zustand befindet, in dem ein Übersteuerungs-Giermoment OYM vorzuziehen ist, um die Stabilität der Reifen 18 über dem Schwellenwert zu korrigieren, im Block 390 das eLSD 36 und/oder der eAWD 34 bei einer Drehmomentübertragung zu der Vorderachse 28 in Anspruch genommen, um ein Übersteuerungs-Giermoment OYM zu verursachen.
Im Block 380 wird eine Drehmomentübertragung zu der Hinterachse 30 ausgeführt. Spezifischer wird im Block 392 ein Untersteuerungs-Giermoment YM durch Aktivierung des eLSD 36 und/oder des eAWD 34 verursacht, um in den Situationen, in denen ein Untersteuern vorzuziehen ist, um die Stabilität der Reifen 18 über dem Schwellenwert zu korrigieren, ein Drehmoment zu der Hinterachse 30 zu übertragen. Ähnlich werden, wenn sich das Kraftfahrzeug 12 in einem Zustand befindet, in dem ein Übersteuerungs-Giermoment OYM vorzuziehen ist, um die Stabilität der Reifen 18 über dem Schwellenwert zu korrigieren, im Block 394 das eLSD 36 und/oder der eAWD 34 bei einer Drehmomentübertragung zu der Hinterachse 30 in Anspruch genommen, um ein Übersteuerungs-Giermoment OYM zu verursachen. Überdies überwacht das Sensor-/Schätzmodul 110 oder das Radstabilitätsmodul 110' im Block 380 die Räder 27 ebenfalls auf ein Ausbrechen WF der Räder, wobei, wenn ein Ausbrechen WF der Räder detektiert wird, im Block 396 eine Drehmomentübertragung zu der Hinterachse 30 über eine Drehmomentübertragung durch das eLSD 36 und/oder den eAWD 34 gemanagt wird.
Wenn abermals im Block 312 das Sensor-/Schätzmodul 110 oder das Radstabilitätsmodul 110' bestimmt, dass die geschätzten Schlupfverhältnisse jedes Reifens 18 des Kraftfahrzeugs 12 angeben, dass die Reifen 18 die Stabilitätsspannen der Reifen 18 überschritten haben, geht das Verfahren 300 zu den Blöcken 398 und 400 weiter. Im Block 398 wird eine Drehmomentübertragung zu der Vorderachse 28 angehalten, wobei das Verfahren 300 und ein Giermoment YM verursacht werden. Gemäß einigen Beispielen ist das Giermoment YM ein Untersteuerungs-Giermoment UYM 402, das durch Aktivierung des eLSD 36 und/oder des eAWD 34 verursacht wird, um in den Situationen, in denen Untersteuern vorzuziehen ist, um die Stabilität der Reifen 18 über dem Schwellenwert zu korrigieren, ein Drehmoment zu der Vorderachse 28 zu übertragen. Ähnlich werden, wenn sich das Kraftfahrzeug 12 in einem Zustand befindet, in dem ein Übersteuerungs-Giermoment OYM vorzuziehen ist, um die Stabilität der Reifen 18 über dem Schwellenwert zu korrigieren, im Block 404 das eLSD 36 und/oder der eAWD 34 bei einer Drehmomentübertragung zu der Vorderachse 28 in Anspruch genommen, um ein Übersteuerungs-Giermoment OYM zu verursachen.
Ähnlich hält das System 10 im Block 400 die Drehmomentübertragung zur Hinterachse 30 des Kraftfahrzeugs 12 ebenfalls an, wenn das Sensor-/Schätzmodul 110 oder das Radstabilitätsmodul 110' bestimmt, dass die geschätzten Schlupfverhältnisse jedes Reifens 18 des Kraftfahrzeugs 12 die Stabilitätsspannen der Reifen 18 überschritten haben. Wenn das Sensor-/Schätzmodul 110 oder das Radstabilitätsmodul 110' bestimmt, dass ein Ausbrechen WF der Räder auftritt, geht das Verfahren 300 zum Block 406 weiter, wo das System 10 die Steuerung der Räder 27 priorisiert.
Im Block 408 führt das System 10 eine Drehmomentübertragung zu einem inneren Hinterrad 27 des Kraftfahrzeugs 12 aus. Wenn das Kraftfahrzeug 12 abbiegt, anstatt in einer Geraden zu fahren, sind die inneren Räder 27 jene Räder 27, die sich unmittelbar bei der Innenseite der Kurve befinden. Das heißt, die inneren Räder 27 drehen sich weniger oft als die äußeren Räder 27, wenn das Kraftfahrzeug 12 eine Kurve durchfährt. Deshalb sollte erkannt werden, dass, wenn das Kraftfahrzeug 12 abbiegt, sich die inneren und die äußeren Räder 27 mit unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten drehen, wenn sie sich in einem longitudinal und seitlich ungesättigten Zustand befinden. Gemäß einigen Beispielen verursacht im Block 410 die Drehmomentübertragung zum inneren Hinterrad 27 des Kraftfahrzeugs 12 in den Situationen, in denen ein Untersteuern vorzuziehen ist, um die Stabilität der Reifen 18 über dem Schwellenwert zu korrigieren, eine Aktivierung eines Untersteuerungs-Giermoments UYM des eLSD 36 und/oder des eAWD 34. Ähnlich werden im Block 412, wenn sich das Kraftfahrzeug 12 in einem Zustand befindet, in dem ein Übersteuerungs-Giermoment OYM vorzuziehen ist, um die Stabilität der Reifen 18 über dem Schwellenwert zu korrigieren, das eLSD 36 und/oder der eAWD 34 bei einer Drehmomentübertragung zu oder von dem inneren Hinterrad in Anspruch genommen, um ein Übersteuerungs-Giermoment OYM zu verursachen.
Im Block 414 führt das System 10 eine Drehmomentübertragung zu einem äußeren Hinterrad 27 des Kraftfahrzeugs 12 aus. Wenn das Kraftfahrzeug 12 abbiegt, anstatt in einer Geraden zu fahren, sind die äußeren Räder 27 jene Räder 27, die sich unmittelbar bei der Außenseite der Kurve befinden. Das heißt, die äußeren Räder 27 drehen sich weniger oft als die inneren Räder 27, wenn das Kraftfahrzeug 12 eine Kurve durchfährt. Deshalb sollte erkannt werden, dass, wenn das Kraftfahrzeug 12 abbiegt, sich die inneren und die äußeren Räder 27 mit unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten drehen, wenn sie sich in einem longitudinal und seitlich ungesättigten Zustand befinden. Gemäß einigen Beispielen verursacht im Block 416 die Drehmomentübertragung zum äußeren Hinterrad 27 des Kraftfahrzeugs 12 in den Situationen, in denen ein Untersteuern vorzuziehen ist, um die Stabilität der Reifen 18 über dem Schwellenwert zu korrigieren, eine Aktivierung eines Untersteuerungs-Giermoments UYM des eLSD 36 und/oder des eAWD 34. Ähnlich werden im Block 418, wenn sich das Kraftfahrzeug 12 in einem Zustand befindet, in dem ein Übersteuerungs-Giermoment OYM vorzuziehen ist, um die Stabilität der Reifen 18 über dem Schwellenwert zu korrigieren, das eLSD 36 und/oder der eAWD 34 bei einer Drehmomentübertragung zu oder von dem inneren Hinterrad in Anspruch genommen, um ein Übersteuerungs-Giermoment OYM zu verursachen.
Die 3B und 3C stellen spezifische Beispiele der Verwendung des in 3A im Überblick dargestellten Verfahrens 300 dar. Insbesondere stellt 3B eine Situation dar, in der durch das Karosseriesteuermodul 15 festgestellt wird, dass die Karosserie 62 stabil ist, während festgestellt wird, dass die Vorderachse 28 seitlich gesättigt ist und eines der Vorderräder 27 longitudinal gesättigt ist. Dementsprechend wird die Drehmomentbeschränkung der Vorderachse 28 aktualisiert, um sicherzustellen, dass kein zusätzliches Drehmoment zur Vorderachse 28 geschickt wird. Falls spezifischer im Block 302 festgestellt wird, dass die Karosserie 62 stabil ist, geht das Verfahren 300 zum Block 306 weiter, in dem die Vorderachse 28 seitlich gesättigt ist. Dementsprechend wird im Block 308 die Drehmomentbeschränkung der Vorderachse 28 aktualisiert, um sicherzustellen, dass kein zusätzliches Drehmoment zur Vorderachse 28 geschickt wird. Falls eines der Hinterräder 27 longitudinal gesättigt ist, muss im Block 334 die Drehmomentbeschränkung der Hinterachse 30 ähnlich aktualisiert werden, um sicherzustellen, dass das Drehmoment der Hinterachse 30 nicht weiter erhöht wird. Falls es im Block ein Ausbrechen WF der Räder an den Hinterrädern 340 gibt, wird anstatt der Gierverfolgung zusätzlich der Steuerung der Räder 27 Priorität eingeräumt, wobei schließlich das eLSD 36 aktiviert wird, um das Ausbrechen WF der Räder zu verringern, während die Aktivierung des eLSD 36 in den Blöcken 342 und 346 außerdem ein Übersteuerungs-Giermoment OYM erzeugen kann.
3C stellt im Gegensatz ein Beispiel dar, bei dem das Karosseriesteuermodul 15 im Block 302 feststellt, dass die Karosserie 62 instabil ist. Wenn die Karosserie 62 instabil ist, wird dementsprechend im Block 304 die Drehmomentbeschränkung der Hinterachse 30 aktualisiert, um sicherzustellen, dass das Drehmoment der Hinterachse 30 nicht erhöht wird. Wenn die Vorderachse 28 im Block 378 seitlich gesättigt ist und es ein Ausbrechen WF der Räder an den Vorderrädern 27 gibt, wird außerdem die Drehmomentbeschränkung der Vorderachse 28 aktualisiert, um sicherzustellen, dass das Drehmoment der Vorderachse 28 nicht weiter erhöht wird. Das Verfahren 300 jeder der 3A-3C arbeitet kontinuierlich und rekursiv, während das Fahrzeug fährt. Zusätzlich kann das Verfahren 300 sowohl online als auch offline arbeiten. Es sollte erkannt werden, dass im Vorhergehenden die in den 3B und 3C gezeigten Wege lediglich nicht einschränkende beispielhafte Entscheidungswege unter Verwendung der Logik des Verfahrens 300 sind und dass viele andere mögliche Entscheidungswege möglich sind und in den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung fallen sollen.
Das System 10 und das Verfahren 300 des Systems zur Überwachungssteuerung für das eAWD 34 und den eLSD 36 in einem Kraftfahrzeug 12 der vorliegenden Offenbarung bieten mehrere Vorteile. Diese enthalten, dass dem Fahrer oder der Bedienungsperson des Kraftfahrzeugs 12 die maximale mögliche Leistung, Stabilität, Handhabung, Manövrierbarkeit und Lenkbarkeit des Kraftfahrzeugs 12 unter einer umfassenden Vielfalt von Bedingungen, einschließlich schlechten Wetters, Fällen der Verformung der Reifen 18, des Verschleißes der Reifen 18, der Temperaturvariationen der Reifen 18, der Füllpegel der Reifen 18 und dergleichen bereitgestellt werden. Zusätzlich können das System 10 und das Verfahren 300 an einem Kraftfahrzeug 12 in komplexen Fahrszenarien einschließlich Leistungsfahrsituationen arbeiten, in denen der Fahrer ein Kurven-Wischen, ein Driften oder dergleichen versuchen kann, wobei das System 10 und das Verfahren 300 arbeiten, um eine angemessene Größe der Krafterzeugung an der Reifen 18/Straßen-Grenzfläche oder Aufstandsfläche 38 bereitzustellen, während sie außerdem eine maximale Haftung der Reifen 18/Straßen-Grenzfläche oder der Aufstandsfläche 38 in Fahrszenarien bereitstellen, in denen eine maximale Griffigkeit erwünscht ist. Diese Vorteile können alle unter Verwendung des Systems 10 und des Verfahrens 300, die hier beschrieben sind, erhalten werden, während die Kosten und die Komplexität beibehalten oder verringert werden, der Kalibrierungsaufwand verringert wird und die Einfachheit verbessert wird, und während außerdem eine erhöhte Redundanz und Robustheit bereitgestellt werden.
Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist lediglich beispielhafter Art, wobei Variationen, die nicht vom Hauptpunkt der vorliegenden Offenbarung abweichen, sich innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung befinden sollen. Derartige Variationen sind nicht als eine Abweichung vom Erfindungsgedanken und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung zu betrachten.

Claims

System zur Überwachungssteuerung für einen eAWD und ein eLSD in einem Kraftfahrzeug, wobei das System umfasst: einen oder mehrere Sensoren, die an dem Kraftfahrzeug angeordnet sind, wobei der eine oder die mehreren Sensoren statische und dynamische Echtzeitdaten über das Kraftfahrzeug messen; einen oder mehrere Aktuatoren, die an dem Kraftfahrzeug angeordnet sind, wobei der eine oder die mehreren Aktuatoren das statische und das dynamische Verhalten des Kraftfahrzeugs ändern; ein Steuermodul mit einem Prozessor, einem Speicher und Eingabe-/Ausgabeanschlüssen (E/A-Anschlüssen), wobei das Steuermodul im Speicher gespeicherte Programmcodeabschnitte ausführt, wobei die Programmcodeabschnitte umfassen: einen ersten Programmcodeabschnitt, der über die E/A-Anschlüsse die statischen und die dynamischen Echtzeitdaten von dem einen oder den mehreren Sensoren empfängt; einen zweiten Programmcodeabschnitt, der über die E/A-Anschlüsse eine oder mehrere Fahrereingaben in das Kraftfahrzeug empfängt; einen dritten Programmcodeabschnitt, der einen Status einer Karosserie des Kraftfahrzeugs bestimmt; einen vierten Programmcodeabschnitt, der einen Status der Achsen des Kraftfahrzeugs bestimmt; einen fünften Codeabschnitt, der einen Status jedes Rades des Kraftfahrzeugs bestimmt; einen sechsten Programmcodeabschnitt, der basierend auf den Fahrereingaben und basierend auf den Ausgaben des dritten, des vierten und des fünften Programmcodeabschnitts ein Steuersignal für den einen oder die mehreren Aktuatoren erzeugt; und einen siebenten Programmcodeabschnitt, der durch aktives Einstellen der Beschränkungen des Steuersignals für jeden des einen oder der mehreren Aktuatoren basierend auf dem Status der Karosserie, dem Status der Achsen und dem Status jedes Rads des Kraftfahrzeugs eine Überwachungssteuerung über wenigstens den zweiten und den sechsten Programmcodeabschnitt ausübt, wobei das aktive Einstellen der Beschränkungen des Steuersignals die Grenzen der Steuermaßnahmen in Reaktion auf die eine oder die mehreren Fahrereingaben ändert.
System nach Anspruch 1, wobei der erste Programmcodeabschnitt ferner umfasst: Empfangen von statischen und dynamischen Echtzeitdaten von einem oder mehreren von: Trägheitsmesseinheiten (IMUs), die eine Position, eine Orientierung, eine Beschleunigung und eine Geschwindigkeit in wenigstens drei Dimensionen messen können; Raddrehzahlsensoren, die die Winkelgeschwindigkeiten jedes der Räder des Kraftfahrzeugs messen können; Drosselklappenpositionssensoren, die eine Drosselklappenposition des Kraftfahrzeugs messen können; Fahrpedalpositionssensoren, die eine Position eines Fahrpedals des Kraftfahrzeugs messen können; und Reifendrucküberwachungssensoren, die die Drücke der Reifen des Kraftfahrzeugs messen können, wobei die statischen und dynamischen Echtzeitdaten ferner enthalten: eine Quergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs; eine Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs eine Giergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs; eine Radwinkelgeschwindigkeit; und die Längs-, Quer- und Normalkräfte auf jeden Reifen des Kraftfahrzeugs.
System nach Anspruch 1, wobei der dritte Programmcodeabschnitt ferner Programmcodeabschnitte umfasst, die: über die E/A-Anschlüsse mit einem Karosseriesteuermodul kommunizieren; durch das Karosseriesteuermodul Daten von dem einen oder den mehreren Sensoren empfangen; und einen Stabilitätsstatus der Karosserie des Kraftfahrzeugs ermitteln, wobei der Stabilitätsstatus der Karosserie umfasst: wenigstens eine Giergeschwindigkeit, einen Schwimmwinkel und eine Längsgeschwindigkeit; und wobei, wenn sich der Stabilitätsstatus der Karosserie innerhalb vorgegebener Stabilitätsspannen befindet, das Karosseriesteuermodul einen positiven Indikator an den siebenten Programmcodeabschnitt sendet; und wenn sich der Stabilitätsstatus der Karosserie nicht innerhalb vorgegebener Stabilitätsspannen befindet, das Karosseriesteuermodul einen negativen Indikator an den siebenten Programmcodeabschnitt sendet, wobei in Reaktion auf einen positiven Indikator der siebente Programmcodeabschnitt selektiv eine zusätzliche Drehmomentübertragung zu einem bzw. einer oder mehreren der Räder oder Achsen befiehlt und in Reaktion auf einen negativen Indikator der siebente Programmcodeabschnitt die Drehmomentübertragung zu einem bzw. einer oder mehreren der Räder oder Achsen anhält.
System nach Anspruch 3, wobei der Stabilitätsstatus der Karosserie durch Vergleichen einer gemessenen Giergeschwindigkeit und eines Schwimmwinkels detektiert wird, wobei die Stabilitätsspannen der Karosserie durch: $r_{\underset{m i n}{m a x}} = \pm \frac{μ g ζ_{r}}{ν x}; und$
$β_{\underset{m i n}{m a x}} = \pm arctan (\frac{3 ζ μ F_{z}}{C_{α r}}) + \frac{l_{r} r}{ν_{x}}$
definiert sind, wobei r die Giergeschwindigkeit ist, β der Schwimmwinkel ist, v_x eine Längsgeschwindigkeit ist, l_r ein Abstand von einem Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs zu einer Hinterachse ist und l_f der Abstand vom Schwerpunkt zu einer Vorderachse ist, l der Abstand zwischen Vorder- und Hinterachse ist, m die Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs ist, µ ein Reibungskoeffizient der Straße ist und C_α die Kurvenfahrt-Steifigkeit der Reifen ist.
System nach Anspruch 1, wobei der vierte Programmcodeabschnitt ferner Programmcodeabschnitte umfasst, die: über die E/A-Anschlüsse mit einem Achsüberwachungsmodul kommunizieren; durch das Achsüberwachungsmodul Daten von dem einen oder den mehreren Sensoren empfangen; und einen Stabilitätsstatus der Achsen des Kraftfahrzeugs ermitteln, wobei der Stabilitätsstatus der Achsen umfasst: Ermitteln von Reifenschlupfwinkeln und Schlupfverhältnissen jedes der Reifen des Kraftfahrzeugs, wobei, wenn die Reifen die vorgegebenen Reifenschlupfwinkel und Reifenschlupfverhältnisse überschritten haben, Bestimmen, dass die vorgegebenen Reifenstabilitätsspannen überschritten worden sind, und wenn die Reifen die vorgegebenen Reifenschlupfwinkel und Reifenschlupfverhältnisse nicht überschritten haben, Bestimmen, dass die vorgegebenen Reifenstabilitätsspannen nicht überschritten worden sind, wobei, wenn die Reifenstabilitätsspannen überschritten worden sind, das Achsüberwachungsmodul einen negativen Indikator an den siebenten Programmcodeabschnitt sendet, und wenn die Reifen die vorgegebenen Reifenstabilitätsspannen nicht überschritten haben, das Achsüberwachungsmodul einen positiven Indikator an den siebenten Programmcodeabschnitt sendet, wobei in Reaktion auf einen positiven Indikator der siebente Programmcodeabschnitt selektiv eine zusätzliche Drehmomentübertragung zu einer oder mehreren der Achsen befiehlt und in Reaktion auf einen negativen Indikator der siebente Programmcodeabschnitt die Drehmomentübertragung zu einer oder mehreren der Achsen anhält.
System nach Anspruch 5, wobei der Stabilitätsstatus der Achsen des Kraftfahrzeugs durch einen Sättigungsgrad der Achsen hinsichtlich des Schlupfwinkels α der Reifen definiert ist $α_{l i m} = a r c t a n (\frac{3 ζ μ F_{z}}{C_{α r}}),$
wobei F_z eine Reifen-Normallast ist, C_α eine Reifensteifigkeit ist und µ ein Reibungskoeffizient der Straße ist.
System nach Anspruch 1, wobei der fünfte Programmcodeabschnitt ferner Programmcodeabschnitte umfasst, die: über die E/A-Anschlüsse mit einem Radstabilitätsmodul kommunizieren; durch das Radstabilitätsmodul Daten von dem einen oder den mehreren Sensoren empfangen; und einen Stabilitätsstatus der Räder des Kraftfahrzeugs ermitteln, wobei der Stabilitätsstatus der Räder geschätzte Schlupfverhältnisse jedes Reifens des Kraftfahrzeugs enthält.
System nach Anspruch 7, wobei, wenn die geschätzten Schlupfverhältnisse die vorgegebenen Stabilitätsspannen überschreiten, das Radstabilitätsmodul einen negativen Indikator an den siebenten Programmcodeabschnitt sendet, und wenn die geschätzten Schlupfverhältnisse die vorgegebenen Stabilitätsspannen nicht überschreiten, das Radstabilitätsmodul einen positiven Indikator an den siebenten Programmcodeabschnitt sendet, wobei in Reaktion auf einen positiven Indikator der siebente Programmcodeabschnitt selektiv eine zusätzliche Drehmomentübertragung zu einem oder mehreren der Räder befiehlt und wobei in Reaktion auf einen negativen Indikator der siebente Programmcodeabschnitt die Drehmomentübertragung zu einem oder mehreren der Räder anhält.
System nach Anspruch 1, wobei der sechste Programmcodeabschnitt ferner Programmcodeabschnitte umfasst, die: Fahrereingaben empfangen, die Lenk- und Drehmomentanforderungen enthalten; einen Stabilitätsstatus der Karosserie, der Achsen und der Räder des Kraftfahrzeugs empfangen; und wobei basierend auf den Aktuatortypen des einen oder der mehreren Aktuatoren, mit denen das Kraftfahrzeug ausgestattet ist, und basierend auf dem Stabilitätsstatus der Karosserie, der Achsen und der Räder des Kraftfahrzeugs, das System das Steuersignal für den einen oder die mehreren Aktuatoren erzeugt.
System nach Anspruch 9, wobei der siebente Programmcodeabschnitt ferner Programmcodeabschnitte umfasst, die: die Beschränkungen für jeden des einen oder der mehreren Aktuatoren aktiv optimieren, um den Stabilitätsstatus der Karosserie, der Achsen und der Räder des Kraftfahrzeugs zu berücksichtigen; und die Steuersignale für den einen oder die mehreren Aktuatoren aktiv einstellen, so dass sich die Steuersignale für den einen oder die mehreren Aktuatoren innerhalb der Grenzen der möglichen Aktuatorausgaben befinden.