DE102022133140A1

DE102022133140A1 - Kräftebasierte Bestimmung einer Sollgangkombination für mehrere Antriebssysteme

Info

Publication number: DE102022133140A1
Application number: DE102022133140.7A
Authority: DE
Inventors: Felix Lambrecht
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2022-12-13
Filing date: 2022-12-13
Publication date: 2024-06-13
Also published as: WO2024126595A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Sollgangkombination für ein Fahrzeug mit wenigstens zwei Antriebssystemen, wobei jedes Antriebssystem eine Fahrzeugachse antreibt und jedes der zwei Antriebsysteme wenigstens einen Elektromotor und wenigstens ein Getriebe mit jeweils wenigstens zwei Gängen aufweist; wobei das Verfahren den folgenden Schritt umfasst: Bestimmung der Sollgangkombination basierend auf einem Vergleich einer Längskraftanforderung mit maximalen Gesamtantriebskräften und/oder minimalen Gesamtwiderstandkräften von möglichen Gangkombinationen der wenigstens zwei Gänge der wenigstens zwei Getriebe, wobei die maximalen Gesamtantriebskräfte die Summe der maximalen Antriebskräfte der möglichen Gangkombinationen und die minimalen Gesamtwiderstandkräfte die Summe der minimalen Widerstandkräfte der möglichen Gangkombinationen sind.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Sollgangkombination für ein Fahrzeug, insbesondere eines Lastkraftfahrzeugs und/oder eines Busses, beispielsweise eines Stadtbusses, oder eines Wasserfahrzeugs mit wenigstens zwei Antriebsystemen. Das Fahrzeug kann manuell und/oder durch ein automatisiertes Fahrsystem gefahren werden.
Stand der Technik
In Fahrzeugen, die nur ein Antriebsystem aufweisen, das mit einem Elektromotor angetrieben wird, muss der Elektromotor eine große Leistung zur Verfügung stellen, um das Fahrzeug, insbesondere ein Lastkraftfahrzeug, ausreichend beschleunigen zu können. Elektromotoren arbeiten besonders effizient ab einer Leistungsausnutzung von 50 Prozent und mehr. Daher arbeiten Elektromotoren, die eine sehr große maximale Leistung aufweisen, bei geringer Beschleunigung sehr ineffizient. Weiter könnte es sein, dass nur ein Elektromotor, zum Beispiel bei voller Beladung des Lastkraftfahrzeugs, keine ausreichende Leistung zur Verfügung stellen kann, um das Fahrzeug ausreichend zu beschleunigen. Weiter können die Elektromotoren überhitzen, wenn diese zu lange mit einer zu hohen Leistung betrieben werden. Daher sind Elektromotoren in Lastkraftfahrzeugen noch begrenzt einsetzbar.
Durch mehrere Antriebssysteme mit jeweils mindestens einem Elektromotor, die jeweils eine Antriebsachse des Fahrzeugs antreiben, können hingegen die Antriebsmomente (Bremsmomente) der Antriebsysteme zu einem ausreichenden Gesamtantriebsmoment aufsummiert werden. Beispielsweise ermöglicht der Einsatz von mehreren Antriebssystemen, mit jeweils wenigstens einem Elektromotor, Elektromotoren mit einer geringen Leistung einzusetzen und trotzdem eine ausreichende Beschleunigung des Fahrzeugs zu gewährleisten. Um das Gesamtantriebsmoment des Fahrzeugs verändern zu können, ist es vorteilhaft, den Leistungsbereich eines Elektromotors durch ein Getriebe anzupassen. Bei mehreren Antriebssystemen ergeben sich mehrere mögliche Gangkombinationen der Getriebe der Antriebssysteme. Durch die unterschiedlichen Gangkombinationen der Antriebssysteme können dem Fahrzeug jeweils unterschiedliche maximale Gesamtantriebsmomente und/oder minimale Widerstandsmomente (Bremsmomente) bereitgestellt werden. Daher muss die richtige Gangkombination je nach Fahrsituation gewählt werden.
Weiter werden an Fahrzeuge, insbesondere an Lastkraftfahrzeuge oder Wasserfahrzeuge, sehr unterschiedliche Anforderungen gestellt, d.h. es werden in unterschiedlichen Fahrzeugen Elektromotoren und/oder Getriebe mit unterschiedlichen Momenten-Kennlinien eingesetzt, um den Leistungsbereich und/oder die Leistungsbereiche des Gesamtantriebsmoments optimal an die Anforderungen des Fahrzeugs anpassen zu können. Daher ist es weiter vorteilhaft, ein Verfahren zur Berechnung einer Sollgangkombination anzugeben, das automatisch bzw. einfach an die unterschiedlichen Anforderungen der Fahrzeuge angepasst werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Berechnung der Sollgangkombinationen der Getriebe von Antriebssträngen für Fahrzeuge mit mehreren Antriebsträngen zur Verfügung zu stellen, das dem Fahrzeug die Antriebsstränge mit einem einfachen Berechnungsverfahren situativ eine ausreichende Gesamtantriebskraft und/oder Gesamtwiderstandskraft zur Verfügung stellen kann.
Weiter ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Berechnung der Sollgangkombination anzugeben, das auf beliebige Antriebsstrangkonzepte mit unterschiedlicher Anzahl von Gängen der Getriebe und unterschiedlichen Momenten-Kennlinien der Getriebe und/oder der Elektromotoren übertragen werden kann.
Weiter ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Berechnung der Sollgangkombination anzugeben, das einfach an unterschiedliche Beladungen des Fahrzeugs bzw. an ein unterschiedliches Fahrzeuggewicht angepasst werden kann.
Weiter ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeug anzugeben, welches ein derartiges Verfahren anwendet bzw. bei dem ein derartiges Verfahren eingesetzt wird.
Der Erfindung liegt die Idee zu Grunde, beim Antreiben von Fahrzeugen mehrere Motoren zu nutzen, um eine Antriebsleistung des Fahrzeugs zu erhöhen. Dabei können ein oder mehrere klein bzw. gering dimensionierte Elektromotoren eingesetzt werden, wobei das Fahrzeug trotzdem eine hohe bzw. die geforderte Antriebsleistung aufbringen kann. Ziel ist es, dafür ein Verfahren zur Auswahl und Aktivierung einer Sollgangkombination für die Getriebe, die zwischen den Antriebsachsen und den Motoren vorhanden sind, zur Verfügung zu stellen, das zum einen sicherstellt, dass durch die Antriebsachsen ein ausreichendes Moment zur Verfügung gestellt werden kann, und andererseits sicherstellt, dass die Elektromotoren der Antriebsysteme ausreichend ausgelastet werden, sodass diese in einem effizienten Arbeitsbereich betrieben werden. Um bei der Bestimmung der Sollgangkombination mehrere Antriebssysteme mit jeweils einem Elektromotor und einem Getriebe berücksichtigen zu können, wird ein Verfahren angegeben, das die Sollgangkombination kräftebasiert, d.h. auf Basis eines Vergleichs einer Längskraftanforderung und einer Kraft bestimmt, die mit den einzelnen möglichen Gangkombinationen der Getriebe der beiden Antriebssysteme zur Verfügung gestellt werden kann.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorzugsweise Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Sollgangkombination für ein Fahrzeug mit wenigstens zwei Antriebssystemen bzw. Antriebssträngen angegeben, wobei jedes Antriebssystem eine Fahrzeugachse antreibt und jedes der zwei Antriebsysteme wenigstens einen Motor und wenigstens ein Getriebe aufweist, wobei wenigstens einer der Motoren ein Elektromotor ist und wenigstens ein Getriebe zwei Gänge aufweist; wobei das Verfahren den folgenden Schritt umfasst: Bestimmung der Sollgangkombination basierend auf einem Vergleich einer Längskraftanforderung mit maximalen Gesamtantriebskräften und/oder minimalen Gesamtwiderstandskräften von möglichen Gangkombinationen der wenigstens zwei Getriebe, wobei die maximalen Gesamtantriebskräfte die Summe der maximalen Antriebskräfte der möglichen Gangkombinationen und die minimalen Gesamtwiderstandskräfte die Summe der minimalen Widerstandskräfte der möglichen Gangkombinationen sind.
Die Sollgangkombination sind die Gänge, die die einzelnen Getriebe aufweisen sollen bzw. die Gänge, in die die einzelnen Getriebe der wenigstens zwei Antriebssystem geschaltet werden sollen. Ein Gang wird dabei durch ein Übersetzungsverhältnis definiert. Beispielsweise weisen die Getriebe der wenigstens zwei Antriebssysteme zwei, drei oder vier Gänge auf. Durch die einzelnen Gänge der Getriebe der wenigstens zwei Antriebssysteme können die Elektromotoren der wenigstens zwei Antriebssysteme bei gleicher Drehzahl des Elektromotors unterschiedliche Momente an den Fahrzeugachsen aufbringen.
Die angetriebenen Fahrzeugsachsen können Hinterachsen und/oder Vorderachsen sein. Das Fahrzeug kann auch nur eine Hinterachse umfassen, die durch ein Antriebssystem angetrieben ist. Weiter kann das Fahrzeug auch zwei Vorderachsen umfassen, wobei eine oder beide Vorderachse angetrieben werden können. Es können auch mehrere Vorderachsen und/oder mehrere Hinterachsen angetrieben und/oder alle Fahrzeugachsen angetrieben sein.
Das Antriebssystem zum Antreiben jeweils einer Fahrzeugachse kann einen Elektromotor umfassen. Das Antriebsystem kann aber auch anstatt des Elektromotors einen anderen und/oder weiteren Motor, beispielsweise einen Verbrennungsmotor umfassen. Weiter können die Antriebssysteme frei voneinander betrieben werden, d.h. die Antriebsysteme stehen nicht in direkter Wirkverbindung miteinander. Jedes der Antriebssysteme umfasst eines der wenigstens zwei Getriebe.
Die Längskraftanforderung ist die Kraft, die das Fahrzeug zurzeit zur Verfügung stellen soll. In der Längskraftanforderung ist beispielsweise berücksichtigt, wieviel Kraft von einem Fahrer und/oder einem automatisierten Fahrsystem von dem Fahrzeug gerade angefordert wird, und/oder eine Kraft, die aufgrund einer aktuellen Fahrbahnneigung und/oder einer Fahrbahnneigung in einem vorausliegenden Streckenabschnitt notwendig sein wird, und/oder eine Kraft, die die eine erwartbare zusätzliche Krafteingabe des Fahrers und/oder des automatisierten Fahrsystems abbildet.
Die maximalen Gesamtantriebskräfte sind maximale Antriebskräfte, die die Antriebssysteme in einer Gangkombination an den angetriebenen Achsen maximal in Summe zur Verfügung stellen können bzw. die maximalen Antriebskräfte mit der die Antriebsysteme in einer Gangkombination die angetriebenen Achsen beschleunigen können. Die Gesamtantriebskräfte sind in Fahrtrichtung des Fahrzeugs definiert und daher positiv.
Die minimalen Gesamtwiderstandskräfte sind minimale Widerstandskräfte, die alle Antriebssysteme in einer Gangkombination an den angetriebenen Achsen minimal in Summe zur Verfügung stellen können, d.h. die im Betrag maximalen Widerstandskräfte mit der die Antriebsysteme in einer Gangkombination die angetriebenen Achsen abbremsen können. Die Gesamtwiderstandskräfte sind entgegen einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs definiert und daher negativ. Die minimalen Widerstandskräfte sind im Betrag positive und maximale Widerstandskräfte des jeweiligen Gangs des jeweiligen Getriebes, d.h. die Kombination von Gängen der mehreren Getriebe die eine maximale Widerstandskraft aufbringen.
Beispielsweise sind zu Beginn des Verfahrens bzw. bei Initialisierung des Algorithmus zunächst die wenigstens zwei Getriebe der wenigstens zwei Antriebssysteme im Leerlauf.
Beispielsweise wird das Verfahren begonnen bzw. initialisiert, sobald die Längskraftanforderung nach einem Start des Fahrzeugs und/oder nach einem Stillstand des Fahrzeugs zum ersten Mal gestellt wird.
Die Bestimmung der Sollgangkombination erfolgt über einen Vergleich von Kräften, die am Rad wirken sollen und maximal wirken können und damit rein kräftebasiert. Dadurch wird automatisch die Fahrzeugmasse in der Berechnung berücksichtigt und es kann das gleiche Verfahren für verschiedene Momenten-Kennlinien der Getriebe und der Elektromotoren, bei verschiedenen Fahrzeugtypen und sowie bei unterschiedlicher Ladung verwendet werden.
Vorzugsweise berücksichtigt die Bestimmung der maximalen Gesamtantriebskräfte und der minimalen Gesamtwiderstandskräfte Gangkombinationen als die möglichen Gangkombinationen, bei denen wenigstens eines der wenigstens zwei Getriebe in einem Leerlauf ist. Vorzugsweise wird der Leerlauf eines oder mehrere Getriebe der Antriebsysteme als zusätzlicher Gang bei der Bestimmung der Gangkombinationen berücksichtigt.
Es ist auch möglich, abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs verschiedene Gänge bei der Auswahl bzw. Sollgangbestimmung auszulassen, da deren Aktivierung unwahrscheinlich bzw. technisch nicht möglich ist. Somit kann die Anzahl der praktisch auswählbaren Gänge eingegrenzt werden und manche theoretisch mögliche Gangkombinationen können bei der praktischen Auswahl unberücksichtigt bleiben.
Dadurch kann beispielsweise sichergestellt werden, dass die Elektromotoren der einzelnen Antriebssysteme mit einer günstigen Kraftausnutzung betrieben werden. Dazu kann es energetisch sinnvoller sein, wenigstens ein Antriebsystem zu deaktivieren bzw. dessen Getriebe im Leerlauf zu betreiben und dafür das andere oder die anderen Antriebssysteme höher zu belasten und damit in einem energieeffizienteren Bereich zu betreiben. Der Elektromotor kann beispielsweise energieeffizient arbeiten, wenn der Elektromotor 50 Prozent oder mehr seines maximalen Drehmoments zur Verfügung stellt. Daher kann beispielsweise das Fahrzeug situativ energieeffizienter betrieben werden, wenn ein Antriebssystem im Leerlauf betrieben wird und dadurch der Elektromotor eines weiteren Antriebsystems höher ausgelastet ist, d.h. beispielsweise mehr als 50 Prozent seines maximalen Drehmoments zur Verfügung stellt.
Vorzugsweise wird in dem Verfahren zur Bestimmung der Sollgangkombination, wenn die Längskraftraftanforderung größer und/oder gleich null ist, die Sollgangkombination durch einen Vergleich der Längskraftraftanforderung mit den maximalen Gesamtantriebskräften bestimmt und ansonsten durch einen Vergleich mit den minimalen Gesamtwiderstandkräften bestimmt.
Wenn die Längskraftanforderung positiv ist, wird beispielsweise davon ausgegangen, dass das Fahrzeug durch den Nutzer und/oder das automatisiertes Fahrsystem und/oder aufgrund einer positiven Steigung beschleunigt wird. Daher kann die Sollgangkombination bestimmt werden, die dem Fahrzeug ein ausreichend oder möglichst großes Gesamtantriebsmoment zur Verfügung stellen kann. Sofern die Längskraftanforderung negativ ist, kann beispielsweise davon ausgegangen werden, dass das Fahrzeug durch den Nutzer und/oder das automatisierte Fahrsystem, beispielsweise aufgrund einer negativen Steigung, abgebremst wird. Daher kann die Sollgangkombination bestimmt werden, die dem Fahrzeug ein ausreichend oder möglichst großes Gesamtwiderstandsmoment zur Verfügung stellen kann.
Vorzugsweise wird in dem Verfahren zur Bestimmung der Sollgangkombination, wenn keine maximale Gesamtantriebskraft größer und/oder gleich der Längskraftanforderung ist, die Gangkombination als Sollgangkombination ausgewählt, die die maximale Gesamtantriebskraft aufweist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Antriebssysteme voll ausgenutzt werden können.
Vorzugsweise wird in dem Verfahren zur Bestimmung der Sollgangkombination, wenn keine maximale Gesamtwiderstandkraft kleiner und/oder gleich der Längskraftanforderung ist, die Gangkombinationen als Sollgangkombination ausgewählt, dass die minimale Gesamtwiderstandkraft aufweist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Antriebssysteme voll ausgenutzt werden können.
Vorzugsweise wird in dem Verfahren zur Bestimmung der Sollgangkombination die Sollgangkombination derart bestimmt, sodass eine Gangkombination gewählt wird, in der nur in einer geringstmöglichen Anzahl der wenigstens zwei Getriebe der Gang geändert wird.
Beispielsweise wird zunächst geprüft, ob die Istgangkombination eine Gangkombinationen mit ausreichender Gesamtantriebskraft oder Gesamtwiderstandskraft ist. Ist dies nicht der Fall, kann geprüft werden, ob eine Gangkombination als die Sollgangkombination verwendet werden kann, d.h. eine Gangkombination eine der Gangkombinationen mit ausreichender Gesamtantriebskraft oder Gesamtwiderstandskraft ist, in der nur in dem Getriebe eines der Antriebsysteme ein Gang geändert werden muss. Falls dies nicht der Fall ist, wird überprüft, ob eine Gangkombination als Sollgangkombination verwendet werden kann, in der nur in zwei Getrieben ein Gang geändert werden muss, usw., um zu gewährleisten, dass an so vielen Antriebsachsen wie möglich gleichzeitig, während eines Schaltvorgangs, eine Kraft bzw. ein Drehmoment übertragen werden kann.
Vorzugsweise wird, wenn in mehreren Gangkombinationen, bei denen jeweils eine gleiche geringstmöglichen Anzahl von Gängen geändert wird, diejenige Gangkombination gewählt, die die kleinste der maximalen Gesamtantriebskräfte und/oder die größte der minimalen Gesamtwiderstandkräfte aufweist. Dadurch können die Antriebssysteme in der Gangkombination arbeiten, die für das Fahrzeug am energieeffizientesten ist.
Vorzugsweise wird, die Längskraftanforderung aus einer Kraftreserve und einem Krafteingabe bestimmt.
Die Krafteingabe kann von dem Fahrer und/oder von dem automatisierten Fahrsystem erzeugt bzw. vorgegeben werden. Der Fahrer gibt die Krafteingabe beispielsweise über eine Position eines Gaspedals bzw. über eine Gaspedalstellung und/oder eine Position eines Bremspedals bzw. über eine Bremspedalstellung ab. Darauffolgend wird die Gaspedalstellung und/oder Bremspedalstellung in eine Krafteingabe umgerechnet. Das automatisierten Fahrsystem berechnet beispielsweise eine Sollbeschleunigung, die beispielsweise durch eine Multiplikation mit einer Fahrzeugmasse zu der Krafteingabe umgerechnet wird. Die Sollbeschleunigung ist vorzugsweise die Beschleunigung in Längsrichtung des Fahrzeugs. Die Krafteingabe kann beispielsweise auch kombiniert von dem Fahrer und dem automatisierten Fahrsystem vorgegeben werden, beispielsweise kann bei einem Berganfahrassistenten die Krafteingabe des automatisierten Fahrsystems ein Zurückrollen des Fahrzeugs am Berg verhindern und durch die Krafteingabe des Fahrers das Fahrzeug beschleunigen.
Vorzugsweise wird bei der Bestimmung der Sollgangkombination die Kraftreserve aus einer Beschleunigungsreserve und einer Fahrzeugmasse bestimmt.
Die Kraftreserve kann gleich der Fahrzeugmasse mal der Fahrzeugbeschleunigung sein. Die Fahrzeugmasse kann ein gemessener Wert und/oder ein geschätzter Wert sein. Die Fahrzeugmasse kann entweder über Sensorik gemessen werden oder beispielsweise indirekt über das Beschleunigungsverhalten des Fahrzeugs bestimmt werden.
Die Beschleunigungsreserve ist ein Wert dafür, wie stark die Gesamtantriebskraft und/oder die Gesamtwiderstandskraft bereits ausgenutzt wird, d.h. die Beschleunigungsreserve gibt an, wie stark das Fahrzeug in der derzeitigen Gangkombination noch beschleunigt und/oder verzögert werden kann. Weiter kann die Beschleunigungsreserve in Abhängigkeit einer maximalen Fahrzeugbeschleunigung und einer maximalen Fahrzeugverzögerung und einer Fahrzeugbeschleunigung oder Fahrzeugverzögerung bestimmen, wie stark das Fahrzeug noch beschleunigt und/oder abgebremst werden soll, beispielsweise ohne Systemgrenzen des Fahrzeugs zu überschreiten und dem Fahrer eine gute Fahrbarkeit zur Verfügung stellen zu können.
Vorzugsweise wird die Beschleunigungsreserve aus einer Kraftausnutzung und einer Beschleunigungsausnutzung bestimmt.
Vorzugsweise wird die Beschleunigungsreserve aus einem Kennfeld bestimmt, das für jede Kraftausnutzung und Beschleunigungsausnutzung einen Wert aufweist, wobei, wenn die Krafteingabe größer gleich null ist, der Wert mit einer maximalen Fahrzeugbeschleunigung multipliziert wird und/oder ansonsten der Wert mit einer maximalen Fahrzeugverzögerung multiplizieren wird.
Die maximale Beschleunigung hängt beispielsweise von dem Fahrzeugtyp und/oder einer aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit ab. Weiter kann die maximale Beschleunigung derart bestimmt sein, sodass die Energieeffizienz beim Fahren erhöht wird. Die maximale Verzögerung hängt beispielsweise von dem Fahrzeugtyp und/oder von der Fahrzeugmasse ab. Weiter kann die maximale Verzögerung derart bestimmt sein, sodass die Energieeffizienz beim Fahren erhöht wird.
Vorzugsweise wird, wenn die Krafteingabe größer gleich null ist, die Kraftausnutzung aus einem Verhältnis der Krafteingabe zu einer maximalen Gesamtantriebskraft einer Istgangkombination der wenigstens zwei Getriebe bestimmt und/oder ansonsten wird die Kraftausnutzung aus einem Verhältnis der Krafteingabe zu einer maximalen Gesamtwiderstandkraft der Istgangkombination der wenigstens zwei Getriebe bestimmt.
Vorzugsweise wird, wenn die Krafteingabe größer und/oder gleich null ist die Beschleunigungsausnutzung aus einem Verhältnis einer Fahrzeugbeschleunigung zu der maximalen Fahrzeugbeschleunigung bestimmt und/oder ansonsten wird die Beschleunigungsausnutzung aus einem Verhältnis einer Fahrzeugverzögerung zu der maximalen Fahrzeugverzögerung bestimmt.
Die Fahrzeugbeschleunigung entspricht einer positiven Beschleunigung oder einer Beschleunigung gleich null und die Fahrzeugverzögerung einer negativen Beschleunigung. Die Fahrzeugbeschleunigung und die Fahrzeugverzögerung sind vorzugsweise auf demselben Signal bzw. die Fahrzeugbeschleunigung und die Fahrzeugverzögerung wird vorzugsweise auf einem selben Wert in einem bestimmten Zahlenbereich angegeben.
Vorzugsweise wird die Krafteingabe limitiert. Die Krafteingabe wird vorzugsweise limitiert bevor die Beschleunigungsreserve, die Kraftreserve und die Krafteingabe berechnet wird. Die Limitierung der Krafteingabe kann auch nur dann erfolgen, wenn die Krafteingabe größer null ist. Wenn die Krafteingabe kleiner null ist, kann es vorteilhaft sein, die Krafteingabe nach unten hin nicht zu begrenzen, um dem Fahrzeug ein maximales Bremsmoment (maximale Rekuperation) zur Verfügung stellen zu können.
Vorzugsweise wird die limitierte Krafteingabe aus dem Minimum der Krafteingabe und einer Summe aus einer Widerstandsbeschleunigung und der maximalen Fahrzeugbeschleunigung mal der Fahrzeugmasse bestimmt.
Die Widerstandsbeschleunigung hängt von einem Rollwiderstand und/oder einer Steigung ab. Der Rollwiderstand und/oder die Steigung bzw. Fahrbahnneigung können beispielsweise durch Sensoren bestimmt werden. Weiter kann der Rollwiderstand und/oder die Steigung aus dem vorausliegenden Streckenverlauf und/oder einzelnen vorausliegenden Streckenabschnitten ausgelesen werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst ein nicht-flüchtiges, computerlesbares Speichermedium zum physischen Speichern von Computerprogrammanweisungen, die von einem Prozessor ausgeführt werden können, wobei die Computerprogrammanweisungen das Verfahrens zur Bestimmung der Sollgangkombination definieren.
Weiter umfasst die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit wenigstens zwei Antriebssystemen zum Antreiben jeweils einer Fahrzeugsachse, wobei jedes Antriebssystem umfasst: einen Elektromotor und wenigstens ein Getriebe mit jeweils wenigstens zwei Gängen, wobei der Elektromotor mit dem Getriebe in Wirkverbindung steht; und eine Steuerung, die dazu eingerichtet ist, das Verfahren zur Bestimmung der Sollgangkombination durchzuführen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren im Detail beschrieben:

1 zeigt ein Fahrzeug mit einer Steuerung, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren zur Bestimmung einer Sollgangkombination durchzuführen.
2 zeigt das Fahrzeug, das in 1 dargestellt ist, von unten;
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung einer Sollgangkombination;
4 zeigt ein Blockdiagram, das dazu eingerichtet ist, ein Verfahren zur Bestimmung der Sollgangkombination auszuführen;
5 zeigt ein Blockdiagram des Moduls zur Bestimmung einer Sollgangkombination, das in 3 dargestellt ist, das dazu eingerichtet ist, die Sollgangkombination zu bestimmen;
6 zeigt ein Blockdiagram eines Moduls, das in dem Modul zur Bestimmung einer Sollgangkombination, das in 4 dargestellt ist, angeordnet ist, das dazu eingerichtet ist, die möglichen Gangkombinationen zu bestimmen;
7 zeigt ein Blockdiagram eines Moduls, das in dem Modul zur Bestimmung einer Sollgangkombination, das in 4 dargestellt ist, angeordnet ist, das dazu eingerichtet ist, die optimale Gangkombination zu bestimmen;
8 zeigt ein Blockdiagram eines Moduls zur Bestimmung einer Sollgangkombination, das in 3 dargestellt ist, das dazu eingerichtet ist, eine Kraftreserve zu bestimmen;
9 zeigt ein Blockdiagram eines Moduls zur Bestimmung von Gesamtantriebskräften, das in 3 dargestellt ist, das dazu eingerichtet ist, maximale Gesamtantriebskräfte der möglichen Gangkombinationen und maximale Gesamtwiderstandskräfte der möglichen Gangkombinationen zu bestimmen;
10 zeigt ein Blockdiagramm des Moduls zur Bestimmung einer limitierten Krafteingabe, das in 3 dargestellt ist, das dazu eingerichtet ist, eine Krafteingabe zu limitieren.

Ausführungsbeispiele der Erfindung
Im Folgenden werden, sofern nicht anders vermerkt, für gleiche und gleichwirkende Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt ein Fahrzeug 1, insbesondere ein Lastkraftfahrzeug, mit drei Fahrzeugachsen 4. Das Fahrzeug 1 umfasst eine Vorderachse 43 und eine erste Hinterachse 41 und eine zweite Hinterachse 42. Die erste Hinterachse 41 liegt zwischen der Vorderachse 43 und der zweiten Hinterachse 42. Das Fahrzeug 1 umfasst weiter eine Steuerung 100, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren zur Bestimmung einer Sollgangkombination durchzuführen.
2 zeigt das Fahrzeug 1 gemäß 1 von unten. Die erste Hinterachse 41 und die zweite Hinterachse 42 sind jeweils durch einen Elektromotor 2 angetrieben. Zwischen der ersten Hinterachse 41 und der zweiten Hinterachse 42 und dem jeweiligen Elektromotor 2 ist jeweils ein Getriebe 3 angeordnet.
3 zeigt das Verfahren zur Bestimmung der Sollgangkombination 1000, das einen Schritt S 1001 zur Bestimmung der Sollgangkombination basierend auf einem Vergleich einer Längskraftanforderung mit maximalen Gesamtantriebskräften und/oder minimalen Gesamtwiderstandkräften von möglichen Gangkombinationen der wenigstens zwei Gänge der wenigstens zwei Getriebe umfasst.
4 zeigt ein Blockdiagramm zu der Bestimmung der Sollgangkombination 110, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren zur Bestimmung der Sollgangkombination 1000 auszuführen.
Das Blockdiagramm zeigt ein Modul zur Bestimmung einer limitierten Krafteingabe M100, ein Modul zur Bestimmung von Gesamtantriebskräften M200, ein Modul zur Bestimmung einer Kraftreserve M300 und ein Modul zur Bestimmung einer Sollgangkombination M400.
Das Modul zur Bestimmung der Sollgangkombination M400 kann dazu eingerichtet sein, die Sollgangkombination 110 zu bestimmen. Die Eingangsgrößen des Moduls zur Bestimmung der Sollgangkombination M400 können eine Krafteingabe 210, eine Kraftreserve 160, maximale Gesamtwiderstandskräfte der möglichen Gangkombinationen 150, maximale Gesamtantriebskräfte der möglichen Gangkombinationen 140, eine minimalen Gesamtwiderstandskraft der Istgangkombination 155 und eine maximale Gesamtantriebskraft der Istgangkombination 145 sein. Die Kraftreserve 160 gibt an, wie viel Kraft, Antriebskraft oder Widerstandskraft, zusätzlich zur Krafteingabe als Reserve vorgehalten werden soll.
Beispielsweise ist das Modul zur Bestimmung der Kraftreserve M300 dazu eingerichtet, die Kraftreserve 160 zu bestimmen. Die Eingangsgrößen des Moduls zur Bestimmung der Kraftreserve M300 sind beispielsweise die Krafteingabe 210, eine maximale Fahrzeugbeschleunigung 181 und eine maximale Fahrzeugverzögerung 182, eine Fahrzeugbeschleunigung oder Fahrzeugverzögerung 180, eine Fahrzeugmasse 120, die maximale Gesamtantriebskraft der Istgangkombination 145 und die minimalen Gesamtwiderstandskraft der Istgangkombination 155.
Die maximale Fahrzeugbeschleunigung 181 und/oder die maximale Fahrzeugverzögerung 182 hängt beispielsweise von einer Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder von einem Fahrzeugtyp ab. Die maximale Fahrzeugbeschleunigung 181 und/oder die maximale Fahrzeugverzögerung 182 können aber auch von einem vorausliegenden Streckenverlauf abhängen. Der vorausliegende Streckenverlauf kann beispielsweise durch eine digitale Karte oder durch Sensorik des Fahrzeugs bestimmt werden. Die Fahrzeugbeschleunigung oder Fahrzeugverzögerung 180 ist ein aktueller Beschleunigungswert des Fahrzeugs. Die Fahrzeugbeschleunigung oder Fahrzeugverzögerung 180 kann positiv, negativ oder null sein. Die maximale Gesamtantriebskraft der Istgangkombination 145 ist eine Kraft, die die Antriebssysteme des Fahrzeugs in den aktuellen Gängen der Getriebe der Antriebssysteme maximal dem Fahrzeug zur Beschleunigung zur Verfügung stellen können. Die minimalen Gesamtwiderstandskraft der Istgangkombination 155 ist eine Kraft, mit der die Antriebssysteme des Fahrzeugs in den aktuellen Gängen der Getriebe der Antriebssysteme maximal das Fahrzeug abbremsen können.
Die Krafteingabe 210 kann limitiert sein. Beispielsweise ist das Modul zur Bestimmung der limitierten Krafteingabe M100 dazu eingerichtet, die limitierte Krafteingabe 210 zu bestimmen (gestrichelt dargestellt). Das Modul zur Bestimmung der limitierten Krafteingabe M100 ist optional. Das Modul zur Bestimmung der limitierten Krafteingabe 210 kann beispielsweise als Eingangsgrößen die Fahreingabe 210 bzw. eine noch unlimitierte Krafteingabe 210, eine Widerstandsbeschleunigung 170, die maximale Fahrzeugbeschleunigung 181 und/oder die maximale Fahrzeugverzögerung 182 aufweisen. Die Widerstandsbeschleunigung 170 wird beispielsweise anhand einer Steigung der Straße bestimmt. Die Steigung kann die aktuelle Steigung und/oder die Steigung in dem vorausliegenden Streckenverlauf sein.
Eine beispielhafte Ausführungsform des Moduls zur Bestimmung der Sollgangkombination M400 ist in 5 dargestellt. Das Modul zur Bestimmung der Sollgangkombination M400 umfasst beispielweise ein Modul zur Bestimmung möglicher Sollgangkombination M401, ein Modul zur Bestimmung optimaler Gangkombinationen M402 und ein Modul zur Bildung einer Hysterese. Zunächst wird in dem Modul zur Bestimmung der Sollgangkombination M400 eine Längskraftanforderung 130 bestimmt. Die Längskraftanforderung 130 wird beispielsweise aus der Summe der Kraftreserve 160 und der Krafteingabe 210 berechnet. Das Modul zur Bestimmung möglicher Sollgangkombinationen M401 kann dazu eingerichtet sein, die Gangkombinationen mit ausreichender Gesamtantriebskraft oder Gesamtwiderstandskraft 112 zu bestimmen. Eingangsgrößen des Moduls zur Bestimmung möglicher Sollgangkombinationen M401 können die Längskraftanforderung 130 und die maximalen Gesamtantriebskräfte der möglichen Gangkombinationen 140 und die maximalen Gesamtantriebskräfte der möglichen Gangkombinationen 150 sein. Das Modul zur Bestimmung der optimalen Gangkombination M402 kann dazu eingerichtet sein, die Sollgangkombination 110 zu bestimmen. Eingangsgröße des Moduls zur Bestimmung der optimalen Gangkombination M402 können die Gangkombinationen mit ausreichender Gesamtantriebskraft oder Gesamtwiderstandskraft 112 sein. Das Modul zur Bildung der Hysterese M403 (gestrichelt dargestellt) ist optional.
Das Modul zur Bildung der Hysterese M403 kann dazu eingerichtet sein, zu verhindern, dass die Sollgangkombination zu oft wechselt. Eingangsgrößen des Moduls zur Bildung der Hysterese M403 können die Längskraftanforderung 130, die maximalen Gesamtantriebskräfte der möglichen Gangkombinationen 140, die minimalen Gesamtwiderstandkräfte der möglichen Gangkombinationen 150, eine Istgangkombination 111, eine maximale Gesamtantriebskraft der Istgangkombination 145 und eine minimalen Gesamtwiderstandskraft der Istgangkombination 155 sein. Das Modul zur Bildung der Hysterese M403 ist beispielsweise dazu eingerichtet, die Sollgangkombination 110 nur dann zu wechseln, wenn die Längskraftanforderung 130 von der Istgangkombination 110 nicht mehr erfüllt werden kann, d.h. wenn ein Vergleich der maximalen Gesamtantriebskraft der Istgangkombination 145 kleiner und/oder gleich der Längskraftanforderung 130 ist und/oder wenn ein Vergleich der minimalen Gesamtwiderstandskraft der Istgangkombination 155 größer und/oder gleich der Längskraftanforderung 130 ist. Bei diesem Vergleich kann ein Sicherheitsparameter berücksichtigt werden. Weiter kann das Modul zur Bildung der Hysterese M403 dazu eingerichtet sein, nach einem Wechsel der Sollgangkombination 110 eine Zeit abzuwarten, bis ein erneuter Wechsel der Sollgangkombination 110 möglich ist. Weiter kann das Modul zur Bildung der Hysterese M403 dazu eingerichtet sein, Schwingungen der Längskraftanforderung 130, beispielswiese durch einen Tiefpassfilter, zu reduzieren, bevor die Längskraftanforderung 130 zur Bestimmung der Sollgangkombination 110 verwendet wird.
Das Modul zur Bestimmung möglicher Sollgangkombinationen M401, das dazu eingerichtet ist, Gangkombinationen mit ausreichender Gesamtantriebskraft oder Gesamtwiderstandskraft 112 zu bestimmen, ist beispielhaft in 6 dargestellt. Das Modul zur Bestimmung möglicher Sollgangkombinationen M401 kann ein Vergleichsmodul M4011 und ein Vergleichsmodul M4012 umfassen. Das Vergleichsmodul 4011 kann dazu eingerichtet sein, die Gangkombinationen mit ausreichender Gesamtantriebskraft 113 basierend auf der Längskraftanforderung 130 und der maximalen Gesamtantriebskräften der möglichen Gangkombinationen 140 zu bestimmen, d.h. Gangkombinationen mit ausreichender Gesamtantriebskraft 113 können diej enigen Gangkombinationen sein, deren maximale Gesamtantriebskräfte größer und/oder gleich der Längskraftanforderung 130 sind. Das Vergleichsmodul 4012 kann dazu eingerichtet sein, die Gangkombinationen mit ausreichender Gesamtwiderstandskraft 114 basierend auf der Längskraftanforderung 130 und der maximalen Gesamtwiderstandskräften der möglichen Gangkombinationen 150 zu bestimmen, d.h. Gangkombinationen mit ausreichender Gesamtantriebskraft 114 können diejenigen Gangkombinationen sein, deren maximale Gesamtantriebskräfte kleiner und/oder gleich der Längskraftanforderung 130 sind. Beispielhaft ist das Modul zur Bestimmung möglicher Sollgangkombinationen M401 dazu eingerichtet, wenn die Längskraftanforderung 130 größer und/oder gleich null ist, die Gangkombinationen mit ausreichender Gesamtantriebskraft 140 als Gangkombinationen mit ausreichender Gesamtantriebskraft oder Gesamtwiderstandskraft 112 zu wählen und ansonsten die Gangkombinationen mit ausreichender Gesamtwiderstandskraft 150 als Gangkombinationen mit ausreichender Gesamtantriebskraft oder Gesamtwiderstandskraft 112 zu wählen.
Das Modul zur Bestimmung der optimalen Gangkombination M402, das dazu eingerichtet ist, die Sollgangkombination 110 zu bestimmen, ist beispielhaft in 7 dargestellt. Das Modul zur Bestimmung der optimalen Gangkombination M402 kann ein Vergleichsmodul M4021, ein Vergleichsmodul M4022 und ein Vergleichsmodul M4023 umfassen.
Das Vergleichsmodul M4021 kann dazu eingerichtet sein, aus einer Istgangkombination 111 und einer Gangkombinationen mit ausreichender Gesamtantriebskraft oder Gesamtwiderstandskraft 112 diejenige Gangkombinationen mit geringstmöglichen Änderungen der Gänge der Getriebe der Antriebssysteme 115 zu bestimmen. Das Vergleichsmodul M4021 ist beispielsweise dazu eingerichtet, zunächst zu prüfen, ob die Istgangkombination 111 eine der Gangkombinationen mit ausreichender Gesamtantriebskraft oder Gesamtwiderstandskraft 112 ist. Ist dies der Fall, kann die Istgangkombination 111 als Gangkombinationen mit geringstmöglichen Änderungen der Gänge der Getriebe der Antriebssysteme 115 gewählt werden. Ist dies nicht der Fall, kann das Vergleichsmodul M4021 dazu eingerichtet sein, durch einen Vergleich der Istgangkombination 111 mit den Gangkombinationen mit ausreichender Gesamtantriebskraft oder Gesamtwiderstandskraft 112, diejenigen Gangkombinationen als Gangkombinationen mit geringstmöglichen Änderungen der Gänge der Getriebe der Antriebssysteme 115 zu bestimmen, in denen nur ein Gang, darauffolgend zwei Gänge, etc. der wenigstens zwei Getriebe geändert werden muss bzw. müssen.
Das Vergleichsmodul M4022 kann dazu eingerichtet sein, die Sollgangkombination 110 durch einen Vergleich der Gangkombinationen mit geringstmöglichen Änderungen der Gänge der Getriebe der Antriebssysteme 115 und den maximalen Gesamtantriebskräften der möglichen Gangkombinationen 140 zu bestimmen. Es kann diejenige Gangkombination der Gangkombinationen mit geringstmöglichen Änderungen der Gänge der Getriebe der Antriebssysteme 115 als Sollgangkombination 110 gewählt werden, die die kleinste Gesamtantriebskraft aufweist. Gibt es beispielsweise keine Gangkombinationen mit ausreichender Gesamtantriebskraft oder Gesamtwiderstandskraft 112 und damit auch keine Gangkombinationen mit geringfügigen Änderungen der Gänge der Getriebe der Antriebssysteme 115, kann das Vergleichsmodul weiter dazu eingerichtet sein, diejenige Gangkombination als die Sollgangkombination 110 zu wählen, die die größte Gesamtantriebskraft aufweist.
Das Vergleichsmodul M4023 kann weiter dazu eingerichtet sein, die Sollgangkombination 110 durch einen Vergleich der Gangkombinationen mit geringstmöglichen Änderungen der Gänge der Getriebe der Antriebssysteme 115 und den maximalen Gesamtwiderstandskräften der möglichen Gangkombinationen 150 zu bestimmen. Es kann diejenige Gangkombination der Gangkombinationen mit geringstmöglichen Änderungen der Gänge der Getriebe der Antriebssysteme 115 als Sollgangkombination 110 gewählt werden, die die größte Gesamtwiderstandskraft aufweist. Gibt es beispielsweise keine Gangkombinationen mit ausreichender Gesamtantriebskraft oder Gesamtwiderstandskraft 112 und damit auch keine Gangkombinationen mit geringfügigen Änderungen der Gänge der Getriebe der Antriebssysteme 115, kann das Vergleichsmodul weiter dazu eingerichtet sein, diejenige Gangkombination als die Sollgangkombination 110 zu wählen, die die kleinste Gesamtwiderstandskraft aufweist.
Die Sollgangkombination 110 kann eine Ausganggröße des Vergleichsmoduls M4022 und eine Ausgangsgröße des Vergleichsmoduls M4023 sein. Daher kann das Modul zur Bestimmung der optimalen Gangkombination 110 weiter dazu eingerichtet sein, in Abhängigkeit der Längskraftanforderung 130 die Ausganggröße des Vergleichsmoduls M4022 oder die Ausgangsgröße des Vergleichsmoduls M4023 als die Sollgangkombination 110 zu wählen. Beispielsweise ist das Modul zur Bestimmung der optimalen Gangkombination dazu eingerichtet, die Ausganggröße des Vergleichsmoduls M4022 als die Sollgangkombination 110 zu wählen, wenn die Längskraftanforderung 130 größer und/oder gleich null ist. Weiter kann das Modul zur Bestimmung der optimalen Gangkombination dazu eingerichtet sein, wenn die Längskraftanforderung 130 kleiner und/oder gleich null ist, die Ausganggröße des Vergleichsmoduls M4023 als die Sollgangkombination 110 zu wählen.
Das Modul zur Bestimmung der Kraftreserve M300, das dazu eingerichtet ist, die Kraftreserve 160 zu berechnen, ist beispielhaft in 8 dargestellt. Das Modul zur Bestimmung der Kraftreserve M300 umfasst das Kennfeld M301 und das Kennfeld M302. Das Modul zur Bestimmung der Kraftreserve M300 kann dazu eingerichtet sein, aus einer Beschleunigungsreserve 161 und einer Fahrzeugmasse 120 die Kraftreserve zu bestimmen. Dazu kann beispielsweise die Beschleunigungsreserve 161 mit der Fahrzeugmasse 120 multipliziert werden. Das Modul zur Bestimmung der Kraftreserve M300 kann dazu eingerichtet sein, die Beschleunigungsreserve 161 für einen Bremsfall und einen Antriebsfall zu bestimmen. Das Modul zur Bestimmung der Kraftreserve M300 kann dazu eingerichtet sein, die Beschleunigungsreserve 161 für den Antriebsfall zu bestimmen, sofern die Krafteingabe größer und/oder gleich null ist und ansonsten die Beschleunigungsreserve 161 für den Bremsfall zu bestimmen. Das Modul zur Bestimmung der Kraftreserve M300 kann dazu eingerichtet sein, zunächst eine Kraftausnutzung und eine Beschleunigungsausnutzung zu bestimmen. Die Kraftausnutzung kann im Antriebsfall ein Verhältnis der Krafteingabe 210 zu der maximalen Gesamtantriebskraft der Istgangkombination 145 sein. Die Beschleunigungsausnutzung kann im Antriebsfall ein Verhältnis der Fahrzeugbeschleunigung oder Fahrzeugverzögerung 180 zur maximalen Fahrzeugbeschleunigung 181 sein. Die Kraftausnutzung kann im Bremsfall ein Verhältnis der Krafteingabe 210 zu der minimalen Gesamtwiderstandskraft der Istgangkombination 155 sein. Die Beschleunigungsausnutzung kann im Bremsfall ein Verhältnis der Fahrzeugbeschleunigung oder Fahrzeugverzögerung 180 zur maximalen Fahrzeugbeschleunigung 181 sein. Weiter kann das Modul zur Bestimmung der Kraftreserve M300 dazu eingerichtet sein, im Antriebsfall aus einem Kennfeld M301 und/oder im Bremsfall aus einem Kennfeld M302 in Abhängigkeit der Kraftausnutzung und der Beschleunigungsausnutzung einen Wert auszulesen. Darauffolgend kann das Modul zur Bestimmung der Kraftreserve M300 dazu eingerichtet sein, die Beschleunigungsreserve 161 durch die Multiplikation des Werts im Antriebsfall mit einer maximalen Fahrzeugbeschleunigung 181 und im Bremsfall mit der maximalen Fahrzeugverzögerung 182 zu bestimmen.
Durch das Kennfeld M301 und/oder das Kennfeld M302 kann die Beschleunigungsreserve 161 adaptiv an die Fahrsituation angepasst werden, beispielsweise unabhängig von der aktuellen Geschwindigkeit. Dies führt mit einem geringen Konfigurationsaufwand in einen Zustand des Antriebssystems bzw. Antriebstrangs, der der Fahrsituation angemessen ist. Der Konfigurationsaufwand ist gering, weil es die Fahrsituation, die beispielsweise vom Fahrwiderstand, Ausnutzung der aktuellen Antriebskraft, aktuelle Beschleunigung und maximale Beschleunigung abhängt, in relativen Größen zusammenfasst und daher für jede Fahrsituation einfach anwendbar ist. Vorzugsweise wird eine angemessene, aber nicht zu große, Beschleunigungsreserve 161 bestimmt, die dazu führt, dass die Elektromotoren der Antriebsysteme in einem effizienten Betriebsbereich, beispielsweise mit einem Drehmoment zwischen 60 Prozent und 90 Prozent, betrieben werden, und nur wenn notwendig in einem höheren Bereich des Drehmoments. Weiter werden Veränderungen im Antriebssystem bzw. im Antriebsstrang, z.B. Leistungsreduzierung aufgrund von hoher Temperatur der Elektromotoren der Antriebssysteme automatisch berücksichtigt.
Beispielsweise kann das Kennfeld M301 und/oder das Kennfeld M302 die folgenden charakteristischen Eigenschaften aufweisen:

- Ist die Beschleunigungsausnutzung groß und die Kraftausnutzung gering, kann die Beschleunigungsreserve 161 klein und/oder gleich null sein. Dies kann zu einer Sollgangkombination mit einer kleineren maximalen Gesamtantriebskraft als die maximale Gesamtantriebskraft der Istgangkombination führen.
- Ist die Beschleunigungsausnutzung gering bis negativ und die Kraftausnutzung hoch, kann die Beschleunigungsreserve 161 hoch sein. Dies kann zu einer Sollgangkombination mit größeren maximalen Gesamtantriebskraft als die maximale Gesamtantriebskraft der Istgangkombination führen.
- Ist die Beschleunigungsausnutzung groß und die Kraftausnutzung groß, kann die Beschleunigungsreserve 161 klein und/oder gleich null sein. Dies kann zu einer Sollgangkombination führen, die weiterhin eine ausreichende maximale Gesamtantriebskraft aufweist.
- Ist die Kraftausnutzung gering bis null, kann die Beschleunigungsreserve 161 klein und/oder gleich null sein. Dies kann zu einer Sollgangkombination mit einer kleineren maximalen Gesamtantriebskraft als die maximale Gesamtantriebskraft der Istgangkombination führen. Dies führt dazu, dass die Kraftausnutzung wieder steigt.

Beispielsweise ist das Kennfeld M301 und/oder das Kennfeld M302 so ausgebildet, dass bei Veränderung der Krafteingabe fließende Übergänge der Beschleunigungsreserve erreicht werden. Weiter können das Kennfeld M301 und/oder das Kennfeld M302 so ausgebildet sein, dass sich in Kombination mit einer achslastabhängigen Verteilung der Längskraftanforderung auf die wenigstens zwei Antriebssysteme eine moderate Ausnutzung des Haftwerts der wenigstens zwei Antriebsysteme ergibt, wobei ein weiteres Antriebssystem der wenigstens zwei Antriebssystem vorzugsweise nur dann zugeschaltet wird, wenn die Ausnutzung des Haftwerts der wenigstens zwei Antriebsysteme groß ist. Mit dem Haftwert ist eine Haftung der Räder der Fahrzeugsachsen der Antriebssysteme auf dem Boden bzw. der Straße gemeint. Weiter ist das Verfahren zur Bestimmung einer Sollgangkombination durch die einfache Applikation des Kennfelds M301 und/oder das Kennfelds M302 auf beliebige Arten und Kombinationen von Antriebssystemen übertragbar. Weiter kann das Kennfeld M301 und/oder das Kennfeld M302 in Anhängigkeit der Kraftausnutzung und der Beschleunigungsausnutzung dieselben Werte bzw. denselben Wert aufweisen, d.h. es kann für den Antriebsfall und den Bremsfall dasselbe Kennfeld verwendet werden.
Das Modul zur Bestimmung der Gesamtantriebskräfte M200, das dazu eingerichtet ist, die maximalen Gesamtantriebskräfte der möglichen Gangkombinationen 140, die minimalen Gesamtwiderstandkräfte der möglichen Gangkombinationen 150, die maximalen Gesamtantriebskraft der Istgangkombination 145 und die minimalen Gesamtwiderstandskraft der Istgangkombination 155 in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit 200 zu bestimmen, ist beispielhaft in 9 gezeigt. Das Modul zur Bestimmung der Gesamtantriebskräfte M200 kann dazu eingerichtet sein, zunächst für jedes der wenigstens zwei Antriebssysteme maximale Antriebskräfte und Widerstandskräfte zu bestimmen. Beispielshaft ist in 9 eine Bestimmung maximaler Antriebskräfte eines ersten Antriebsystems 141, eine Bestimmung minimaler Widerstandkräfte eines ersten Antriebssystems 151, eine Bestimmung maximaler Antriebskräfte eines zweiten Antriebsystems 142 und eine Bestimmung minimaler Widerstandskräfte eines zweiten Antriebssystems 152 der wenigstens zwei Antriebssysteme gezeigt.
Zur Bestimmung der maximalen Antriebskräfte des ersten Antriebsystems 141 und der Bestimmung der minimalen Widerstandskräfte des ersten Antriebssystems 151 in den einzelnen Gängen des Getriebes des ersten Antriebssystems kann das Modul zur Bestimmung der Gesamtantriebskräfte M200 ein Modul M2011 und ein Modul M2021 umfassen. Zunächst kann das Modul zur Bestimmung der Gesamtantriebskräfte M200 dazu eingerichtet sein, in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit 200 aus dem Modul M2011, für jeden Gang Drehzahlen des Motors 201 des ersten Antriebssystems auszulesen. Darauffolgend kann das Modul M2021 dazu eingerichtet sein, in Abhängigkeit der Drehzahlen des Motors 201 des ersten Antriebssystems für jeden Gang die maximalen Antriebskräfte des ersten Antriebsystems 141 und die minimalen Widerstandkräfte des ersten Antriebssystems 151 zu bestimmen. Zunächst kann dafür das Modul M2021 dazu eingerichtet sein, in Abhängigkeit der Drehzahlen des Motors 201 maximalen Antriebsmomente und Widerstandsmomente für jeden Gang des ersten Antriebssystems zu bestimmen und drauffolgend in Abhängigkeit der maximalen Antriebsmomente und Widerstandsmomente und von Übersetzungsverhältnissen für jeden Gang des ersten Antriebssystems die maximalen Antriebskräfte des ersten Antriebsystems 141 und die minimalen Widerstandkräfte des ersten Antriebssystems 151 zu bestimmen.
Zur Bestimmung der maximalen Antriebskräfte des zweiten Antriebsystems 142 und der Bestimmung der minimalen Widerstandskräfte des zweiten Antriebssystems 152 in den einzelnen Gängen des Getriebes des ersten Antriebssystems kann das Modul zur Bestimmung der Gesamtantriebskräfte M200 ein Modul M2012 und ein Modul M2022 umfassen. Zunächst kann das Modul zur Bestimmung der Gesamtantriebskräfte M200 dazu eingerichtet sein, in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit 200 aus dem Modul M2012, für jeden Gang Drehzahlen des Motors 202 des zweiten Antriebsystems auszulesen. Darauffolgend kann das Modul M2022 dazu eingerichtet sein, in Abhängigkeit der Drehzahlen des Motors 202 des zweiten Antriebssystems für jeden Gang die maximalen Antriebskräfte des zweiten Antriebsystems 142 und die minimalen Widerstandkräfte des zweiten Antriebssystems 152 zu bestimmen. Zunächst kann das Modul M2022 dazu eingerichtet sein, in Abhängigkeit der Drehzahlen des Motors 202 des zweiten Antriebssystems maximale Antriebsmomente und Widerstandsmomente für jeden Gang des zweiten Antriebssystems zu bestimmen und drauffolgend in Abhängigkeit der maximalen Antriebsmomente und Widerstandsmomente und von Übersetzungsverhältnissen für jeden Gang des zweiten Antriebssystems die maximalen Antriebskräfte des zweiten Antriebsystems 142 und die minimalen Widerstandkräfte des zweiten Antriebssystems 152 zu bestimmen.
Darauffolgend kann das Modul zur Bestimmung der Gesamtantriebskräfte M200 dazu eingerichtet sein, mittels eines Moduls M203 die maximale Gesamtantriebskräfte der möglichen Gangkombinationen 140 und die minimale Gesamtwiderstandkräfte der möglichen Gangkombinationen 150 zu bestimmen. Dafür kann das Modul M203 dazu eingerichtet sein, zunächst die möglichen Gangkombinationen zu bestimmen. Bei der Bestimmung der möglichen Gangkombination können auch die einzelnen Getriebe der Antriebsysteme im Leerlauf berücksichtigt werden. Weiter kann das Modul 203 dazu eingerichtet sein, zur Bestimmung der maximalen Gesamtantriebskräfte der möglichen Gangkombinationen 140 die maximalen Antriebskräfte der wenigstens zwei Antriebsysteme, beispielweise die maximale Antriebskraft des ersten Antriebsystems 141 und die maximale Antriebskraft des zweiten Antriebssystems 142, für die möglichen Gangkombination zu addieren. Weiter kann das Modul 203 dazu eingerichtet sein, zur Bestimmung der minimalen Gesamtwiderstandskräfte der möglichen Gangkombinationen 150 die minimalen Widerstandskräfte der wenigstens zwei Antriebsysteme, beispielweise die minimale Widerstandskraft des ersten Antriebsystems 151 und die minimale Widerstandkräfte des zweiten Antriebssystems 152, für die möglichen Gangkombination zu addieren. Sofern der Leerlauf der Getriebe der wenigstens zwei Antriebssysteme für die möglichen Gangkombinationen berücksichtigt wird, wird für das Antriebssystem dessen Getriebe sich im Leerlauf befindet, beispielsweise eine Antriebskraft und/oder eine Widerstandkraft von null angenommen.
Darauffolgend kann das Modul zur Bestimmung der Gesamtantriebskräfte M200 dazu eingerichtet sein, mittels eines Moduls M204 aus den maximalen Gesamtantriebskräften der möglichen Gangkombinationen 140, den minimalen Gesamtwiderstandkräften der möglichen Gangkombinationen 150 und der Istgangkombination 111, die maximale Gesamtantriebskraft der Istgangkombination 145 und die minimale Gesamtwiderstandskraft der Istgangkombination 155 zu bestimmen.
Das Modul zur Bestimmung einer limitierten Krafteingabe M100, das dazu eingerichtet ist, die Krafteingabe 130 zu limitieren, ist beispielhaft in 10 dargestellt. Das Modul zur Bestimmung der limitierten Fahreingabe M100 kann dazu eingerichtet sein, die Krafteingabe 210, sofern die Krafteingabe 210 kleiner gleich null ist, nicht zu limitieren. Weiter kann das Modul zur Bestimmung der limitierten Krafteingabe M100 dazu eingerichtet sein, sofern die Krafteingabe 210 größer null ist, die Krafteingabe 210 zu limitieren. Die limitierte Krafteingabe 210 kann beispielsweise das Minimum aus der Krafteingabe 210, die beispielsweise durch den Fahrer und/oder das automatisierte Fahrsystem vorgegeben wird, und einem Wert sein, der aus der Multiplikation einer Summe der Widerstandsbeschleunigung 170 und der maximalen Fahrzeugbeschleunigung 181 mit der Fahrzeugmasse 120 gebildet wird.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Elektromotor
3: Getriebe
4: Fahrzeugachsen
41: erste Hinterachse
42: zweite Hinterachse
43: Vorderachse
100: Steuerung
110: Sollgangkombination
111: Istgangkombination
112: Gangkombinationen mit ausreichender Gesamtantriebskraft oder Gesamtwiderstandskraft
113: Gangkombinationen mit ausreichender Gesamtantriebskraft
114: Gangkombinationen mit ausreichender Gesamtwiderstandskraft
115: Gangkombinationen mit geringfügigen Änderungen der Gänge der Getriebe der Antriebssysteme
120: Fahrzeugmasse
130: Längskraftanforderung
140: maximale Gesamtantriebskräfte der möglichen Gangkombinationen
141: maximale Antriebskräfte des ersten Antriebsystems (für jeden Gang)
142: maximale Antriebskräfte des zweiten Antriebsystems (für jeden Gang)
145: maximale Gesamtantriebskraft der Istgangkombination
150: minimale Gesamtwiderstandkräfte der möglichen Gangkombinationen
151: minimale Widerstandkräfte des ersten Antriebsystems (für jeden Gang)
152: minimale Widerstandkräfte des zweiten Antriebsystems (für jeden Gang)
155: minimale Gesamtwiderstandskraft der Istgangkombination
160: Kraftreserve
161: Beschleunigungsreserve
170: Widerstandsbeschleunigung
180: Fahrzeugbeschleunigung oder Fahrzeugverzögerung
181: maximale Fahrzeugbeschleunigung
182: maximale Fahrzeugverzögerung
200: Fahrzeuggeschwindigkeit
201: Drehzahlen des ersten Elektromotors (für jeden Gang)
202: Drehzahlen des zweiten Elektromotors (für jeden Gang)
210: Krafteingabe
1000: Verfahren zur Bestimmung einer Sollgangkombination
M100: Modul zur Bestimmung einer limitierten Krafteingabe
M200: Modul zur Bestimmung von Gesamtantriebskräften
M300: Modul zur Bestimmung einer Kraftreserve
M400: Modul zur Bestimmung einer Sollgangkombination
M401: Modul zur Bestimmung möglicher Gangkombinationen
M402: Modul zur Bestimmung einer optimalen Gangkombination
M403: Modul zur Bildung einer Hysterese

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer Sollgangkombination (110) für ein Fahrzeug (1) mit wenigstens zwei Antriebssystemen, wobei jedes Antriebssystem eine Fahrzeugachse (4) antreibt und jedes der zwei Antriebsysteme wenigstens einen Motor (2) und wenigstens ein Getriebe (3) aufweist, wobei wenigstens eines der Getriebe wenigstens zwei Gänge aufweist; wobei das Verfahren den folgenden Schritt umfasst: Bestimmung der Sollgangkombination (110) basierend auf einem Vergleich einer Längskraftanforderung (130) mit maximalen Gesamtantriebskräften (140) und/oder minimalen Gesamtwiderstandkräften (150) von möglichen Gangkombinationen der wenigstens zwei Getriebe (3), wobei die maximalen Gesamtantriebskräfte (140) die Summe der maximalen Antriebskräfte (141, 142) der möglichen Gangkombinationen und die minimalen Gesamtwiderstandkräfte (150) die Summe der minimalen Widerstandkräfte (151, 152) der möglichen Gangkombinationen sind.
Verfahren zur Bestimmung der Sollgangkombination (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, wenn die Längskraftraftanforderung (130) größer oder gleich null ist, die Sollgangkombination (110) durch einen Vergleich der Längskraftraftanforderung (130) mit den maximalen Gesamtantriebskräften (140) bestimmt wird und ansonsten durch einen Vergleich mit den minimalen Gesamtwiderstandkräften (150) bestimmt wird.
Verfahren zur Bestimmung der Sollgangkombination (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, wenn keine maximale Gesamtantriebskraft der maximalen Gesamtantriebskräfte (140) größer und/oder gleich der Längskraftanforderung (130) ist, die Gangkombination als Sollgangkombination ausgewählt wird, die die maximale Gesamtantriebskraft aufweist; und/oder wobei, wenn keine maximale Gesamtwiderstandkraft der minimalen Gesamtwiderstandkräfte (150) kleiner und/oder gleich der Längskraftanforderung ist, die Gangkombinationen als Sollgangkombination ausgewählt ist, die die minimale Gesamtwiderstandkraft aufweist.
Verfahren zur Bestimmung der Sollgangkombination (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sollgangkombination (110) so bestimmt wird, dass eine Gangkombination gewählt wird, in der nur in einer geringstmöglichen Anzahl der wenigstens zwei Getriebe (3) der Gang geändert wird und/oder wobei die Sollgangkombination (110) so bestimmt wird, dass in wenigstens einem Getriebe der wenigstens zwei Getriebe (3) ein Gang geändert wird.
Verfahren zur Bestimmung der Sollgangkombination (110) nach Anspruch 4, wobei, wenn in mehreren Gangkombinationen, bei denen jeweils eine gleiche geringstmögliche Anzahl von Gängen geändert wird, diejenige Gangkombination gewählt wird, die die kleinste maximale Gesamtantriebskraft der maximalen Gesamtantriebskräfte (140) und/oder die größte minimale Gesamtwiderstandkraft der minimalen Gesamtwiderstandkräfte (150) aufweist.
Verfahren zur Bestimmung der Sollgangkombination (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Längskraftanforderung (130) aus einer Kraftreserve (160) und einer Krafteingabe (210) bestimmt wird.
Verfahren zur Bestimmung der Sollgangkombination (110) nach Anspruch 6, wobei die Kraftreserve (160) aus einer Beschleunigungsreserve (161) und einer Fahrzeugmasse (120) bestimmt ist.
Verfahren zur Bestimmung der Sollgangkombination (110) nach Anspruch 7, wobei die Beschleunigungsreserve (161) aus einer Kraftausnutzung (1611) und einer Beschleunigungsausnutzung (1612) bestimmt wird.
Verfahren zur Bestimmung der Sollgangkombination (110) nach Anspruch 8, wobei die Beschleunigungsreserve (161) aus einem Kennfeld (1613) bestimmt wird, das für jede Kraftausnutzung (1611) und Beschleunigungsausnutzung einen Wert aufweist, wobei, wenn die Krafteingabe (210) größer gleich null ist, der Wert mit einer maximalen Fahrzeugbeschleunigung (180) multipliziert wird und/oder ansonsten der Wert mit einer maximalen Fahrzeugverzögerung (190) multipliziert wird.
Verfahren zur Bestimmung der Sollgangkombination (110) nach Anspruch 9, wobei, wenn die Krafteingabe (210) größer gleich null ist, die Kraftausnutzung aus einem Verhältnis der Krafteingabe (210) zu einer maximalen Gesamtantriebskraft (140) einer Istgangkombination (111) der wenigstens zwei Getriebe (3) bestimmt wird und/oder ansonsten die Kraftausnutzung aus einem Verhältnis der Krafteingabe (210) zu einer maximalen Gesamtwiderstandkraft (140) der Istgangkombination (111) der wenigstens zwei Getriebe (3) bestimmt wird; und/oder wobei, wenn die Krafteingabe (210) größer und/oder gleich null ist, die Beschleunigungsausnutzung aus einem Verhältnis einer Fahrzeugbeschleunigung (180) zu der maximalen Fahrzeugbeschleunigung (181) bestimmt wird und/oder ansonsten die Beschleunigungsausnutzung aus einem Verhältnis einer Fahrzeugverzögerung (180) zu der maximalen Fahrzeugverzögerung (182) bestimmt wird.
Verfahren zur Bestimmung der Sollgangkombination (110) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Krafteingabe (210) limitiert wird.
Verfahren zur Bestimmung der Sollgangkombination (110) nach Anspruch 11, wobei die limitierte Krafteingabe (210) aus dem Minimum der Krafteingabe (210) und einer Summe aus einer Widerstandsbeschleunigung (170) und der maximalen Fahrzeugbeschleunigung (181) mal der Fahrzeugmasse (120) bestimmt wird.
Nicht-flüchtig, computerlesbares Speichermedium zum physischen Speichern von Computerprogrammanweisungen, die von einem Prozessor ausgeführt werden können, wobei die Computerprogrammanweisungen das Verfahrens gemäß einem der vorgehenden Ansprüche definieren.
Fahrzeug (1) mit wenigstens zwei Antriebssystemen, wobei jedes Antriebssystem zum Antreiben jeweils einer Fahrzeugsachse (4) vorgesehen ist und jedes Antriebssystem umfasst: einen Elektromotor (2) und wenigstens ein Getriebe (3) mit j eweils wenigstens zwei Gängen, wobei der Elektromotor (2) mit dem Getriebe (3) in Wirkverbindung steht; und eine Steuerung, die dazu eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der vorgehenden Ansprüche 1-12 auszuführen.