DE60129188T2

DE60129188T2 - Aktives Regelungssystem für das Differentialgetriebe eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE60129188T2
Application number: DE60129188T
Authority: DE
Inventors: Salvatore Frediani; Renato Gianoglio; Fulvio Giuliano
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2000-06-05
Filing date: 2001-06-01
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2021-06-02
Also published as: ES2287056T3; EP1162101B1; IT1320394B1; EP1162101A3; ITTO20000528A0; US20020016661A1; BR0105877A; DE60129188D1; ITTO20000528A1; EP1162101A2; US6393351B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System für die aktive Steuerung eines Kraftfahrzeug-Differentialgetriebes.
Der Gegenstand der Erfindung ist genauer ein System zum Steuern eines Differentialgetriebes, umfassend eine Eingangswelle, die dazu bestimmt ist, ein Drehmoment auf zwei Abtriebswellen oder Halbwellen, die den jeweiligen Rädern des Kraftfahrzeugs zugeordnet sind, zu übertragen, und selektive Kupplungsmittel, die mittels entsprechender Aktuatorvorrichtungen steuerbar sind, um die Aufteilung des Drehmoments zwischen den Halbwellen zu modifizieren.
Differentialgetriebe dieses Typs sind beispielsweise in den Dokumenten EP-A-0 548 853 , EP-A-0 662 402 und US 5 910 064 A beschrieben.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Systems zum Steuern eines solchen Differentialgetriebes, welches ermöglicht, dass die Stabilität des Kraftfahrzeugs erhöht wird und sich in Kurven eine optimale Kontrolle der Aufteilung der Belastung zwischen dem inneren Rad und dem äußeren Rad ergibt.
Diese und andere Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Steuersystem erfüllt, dessen wesentliche Eigenschaften im angeschlossenen Anspruch 1 definiert sind.
Weitere charakteristische Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung hervor, welche rein beispielhaft dargelegt ist, und zwar unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, wobei:
1 ein Kraftfahrzeug-Differentialgetriebe zeigt, dem ein erfindungsgemäßes Steuersystem zugeordnet ist;
2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Steuersystems ist;
3 ein Blockschaltbild ist, das eine mögliche Struktur oder Architektur eines ersten Teils des erfindungsgemäßen Steuersystems zeigt;
4 ein dreidimensionales Diagramm ist, das Beispielswerte der Giergeschwindigkeit als Funktion des Drehwinkels des Lenkrads und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs zeigt;
5 ein Blockschaltbild eines Teils des Systems der 2 und 3 ist; und
6 ein Blockschaltbild eines zweiten Teils des Steuersystems der 2 ist.
In 1 ist ein Kraftfahrzeug-Differentialgetriebe z.B. des Typs, der in den obenstehend beschriebenen Dokumenten des Stands der Technik detailliert beschrieben ist, im Allgemeinen mit D bezeichnet.
Das Differentialgetriebe D umfasst eine Eingangswelle M, die dazu bestimmt ist, ein Drehmoment vom (nicht dargestellten) Motor auf zwei Abtriebswellen oder Halbwellen (AS1 und AS2), die den jeweiligen (ebenfalls nicht dargestellten) Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs zugeordnet sind, zu übertragen.
Das Differentialgetriebe D umfasst in einer an sich bekannten Art und Weise eine Mehrzahl von Reibungskupplungen (die in 1 nicht dargestellt sind, aber in 2 schematisch gezeigt werden und dort mit C1 und C2 bezeichnet sind), welche unter Verwendung von entsprechenden Aktuatorvorrichtungen (die in 1 ebenfalls nicht dargestellt sind, aber in 2 schematisch gezeigt werden, wo sie mit A1 und A2 bezeichnet sind) selektiv steuerbar sind. Diese Aktuatorvorrichtungen sind beispielsweise Hydraulikzylinder, die durch eine elektrohydraulische Einheit, wie z.B. jene, die in den 1 und 2 schematisch gezeigt wird und dort mit EHU bezeichnet ist, gesteuert werden.
Diese elektrohydraulische Einheit wird wiederum durch ein in den 1 und 2 allgemein mit 1 bezeichnetes Steuersystem gesteuert.
Dieses Steuersystem kann zum Beispiel eine elektronische Einheit ECU umfassen, die eine Mehrzahl von Eingängen aufweist, die mit entsprechenden Eingangssignalen versorgt werden, welche für die von korrespondierenden Größen angenommenen Werte typisch sind. Diese Eingangssignale können zur Einheit ECU geliefert werden, und zwar durch geeignete, an Bord des Kraftfahrzeugs installierte Sensoren und/oder durch andere, an Bord des Kraftfahrzeugs installierte elektronische Steuereinheiten, die hier durch eine Leitung oder ein Kommunikationsnetz gemäß an sich bekannten Techniken mit der Einheit ECU, die von Interesse ist, verbunden sind. In der vorliegenden Beschreibung wird nachstehend angenommen, dass die an die Eingänge der Einheit ECU angelegten Signale von entsprechenden Sensoren oder Messwandlern bereitgestellt werden.
Unter Bezugnahme auf 2 werden von den Sensoren S1 bis S5 gelieferte Signale an die Einheit ECU des hier gezeigten Steuersystems 1 angelegt.
Die Sensoren S1 und S2 versorgen die Einheit ECU mit entsprechenden Signalen, die den Lenkwinkel δ (den Drehwinkel des Lenkrads) und die Geschwindigkeit V des Fahrzeugs anzeigen.
Die Sensoren S3 und S5 versorgen die Einheit ECU mit entsprechenden Signalen, welche die Längsbeschleunigung a_x bzw. die Querbeschleunigung a_y des Fahrzeugs anzeigen.
Der Sensor S4 versorgt die Einheit ECU mit einem die Giergeschwindigkeit ψ anzeigenden Signal.
Der Sensor S4 ist zum Beispiel ein sogenanntes Gyroskop oder ein Gyrometer.
Bei der in 2 schematisch dargestellten Ausführungsform umfasst die Einheit ECU zwei Hauptprozessorblöcke B1 und B2, die mit den Sensoren S1-S3 bzw. den Sensoren S4 und S5 verbunden sind.
Mögliche strukturelle Formen oder Architekturen für die Blöcke B1 und B2 werden unter Bezugnahme auf die 3 und 6 detaillierter beschrieben.
Wie nachstehend deutlicher hervorgeht, sind die Prozessorblöcke B1 und B2 dazu eingerichtet, jeweils Gierdrehmoment-Steuersignale ΔT_yol und ΔT_ycl zu erzeugen, welche in einer Summiervorrichtung SM addiert werden, die nach einem Filter ZC ein Ausgangssteuersignal ΔT_y zu einer Treiberschaltung DC liefert, welche die Aktuatoren A1 und A2 des Differentialgetriebes D über die elektrohydraulische Einheit EHU steuert.
Unter Bezugnahme auf 3 umfasst der Block B1 einen Speicher M1, in dem vorbestimmte Referenzwerte der Giergeschwindigkeit ψ_ref gespeichert sind, die basierend auf den momentanen Werten des Lenkwinkels δ und der Fahrzeuggeschwindigkeit V adressierbar sind. Im Speicher M1 sind Referenzwerte der Giergeschwindigkeit so tabelliert, wie in der dreidimensionalen Kurve der 4 gezeigt wird. Der Speicher M1 ist mit einem Prozessorabschnitt F1 verbunden, der Signale, die den Lenkwinkel δ und die Fahrzeuggeschwindigkeit V anzeigen, gleichermaßen empfängt. Der Prozessorabschnitt F1 ist dazu eingerichtet, ein erstes Gierdrehmoment-Steuersignal ΔT_y1 basierend auf einem vorbestimmten mathematischen Modell des Verhaltens des Kraftfahrzeugs und als Funktion des Werts von ψ_ref zu erzeugen.
Der Block B1 umfasst weiters einen zweiten Prozessorabschnitt F2, der das vom Sensor S3 gelieferte Signal, welches die Längsbeschleunigung a_x des Kraftfahrzeugs anzeigt, sowie einen Seiten- oder Querbeschleunigungsreferenzwert a_yref empfängt. Dieser Referenzwert a_yref wird am Ausgang einer Multipliziereinrichtung P bereitgestellt, deren Eingänge die Signale, welche die Kraftfahrzeuggeschwindigkeit V anzeigen, und den Referenzwert ψ_ref der Giergeschwindigkeit empfangen.
Das die Längsbeschleunigung a_x anzeigende Signal kann alternativ durch Differenzierung des vom Sensor S2 gelieferten Signals, welches die Kraftfahrzeuggeschwindigkeit V anzeigt, erhalten werden.
Der Prozessorabschnitt F2 ist dazu eingerichtet, ein zweites Gierdrehmoment-Steuersignal ΔT_y2 in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Funktion der Längsbeschleunigung a_x des Fahrzeugs zu erzeugen. Das Signal ΔT_y2 ist beispielsweise zum Produkt der Längsbeschleunigung a_x und des Seitenbeschleunigungsreferenzwerts a_yref proportional.
Die Signale ΔT_y1 und ΔT_y2 werden zu den Eingängen einer Summiervorrichtung SM1 geliefert, an deren Ausgang daher ein Summensignal ΔT_yol verfügbar ist.
Der obenstehend beschriebene Prozessorblock B1 führt an dem auf das Kraftfahrzeug einwirkenden Gierdrehmoment eine Open-Loop-Regelung durch, während der Prozessorblock B2, wie nachstehend zu sehen ist, eine Closed-Loop-Regelung durchführt.
Nach wie vor auf den Block B1 Bezug nehmend kann der Speicher M1 Giergeschwindigkeitsreferenzwerte ψ_ref nicht nur als Funktion des Lenkwinkels δ und der Fahrzeugeschwindigkeit V speichern, sondern vielmehr auch als Funktion des Werts des Reibungskoeffizienten μ zwischen den Reifen des Kraftfahrzeugs und der Straßenoberfläche, wie von einer in den 2, 3 und 5 allgemein mit EST bezeichneten Schätzeinrichtung berechnet wird. Insbesondere unter Bezugnahme auf letztere Figur umfasst der Schätzer EST einen Prozessorabschnitt F3, der dazu eingerichtet ist, den Wert von μ basierend auf Werten des Lenkwinkels δ, der Giergeschwindigkeit ψ, der Geschwindigkeit ω_i der Kraftfahrzeugräder und der Längsbeschleunigung a_x zu berechnen oder vielmehr zu schätzen.
Die Referenzwerte ψ_ref im Speicher M1 können auch als Funktion der Werte eines weiteren Parameters gespeichert werden, der durch einen Untersteuerungsindex US dargestellt wird, welcher von einem weiteren Prozessorabschnitt F4 berechnet wird, wobei der vom Benutzer gewünschte Untersteuerungsgradient berücksichtig wird, und dabei mittels einer in den 2 und 3 mit I bezeichneten Einstellvorrichtung festgesetzt wird.
Der Prozessorabschnitt F4 kann dazu eingerichtet sein, den Fahr-„Stil" des Benutzers basierend auf den Werten, die von einer Mehrzahl von Eingangssignalen angenommen werden, in einem kontinuierlichen Lernprozess zu erkennen.
In den 2 und 3 ist eine weitere, mit I2 bezeichnete Einstellvorrichtung abgebildet, mittels welcher der Benutzer eine Veränderung des Gesetzes bewirken kann, mit dem der Prozessorabschnitt F2 das Signal ΔT_y2 als Funktion der Längsbeschleunigung a_x produziert.
Unter Bezugnahme auf die 2 und 6 empfängt der Prozessorblock B2 Signale, welche die Giergeschwindigkeit ψ und die seitliche Beschleunigung a_y anzeigen. Dieser Block empfängt vom Prozessorblock B1 ebenso den Seitenbeschleunigungsreferenzwert a_yref und den Giergeschwindigkeitsreferenzwert ψ_ref.
In Block B2 liefern zwei Summiereinheiten SM2 und SM3 zwei Ausgangsfehlersignale err ψ = ψ_ref – ψ und err a_y = a_yref – a_y zu zwei Steuerblöcken F5 bzw. F6, welche jeweils vorbestimmte Übertragungsfunktionen durchführen, um zum Beispiel eine Proportional-Integral-Differential-artige Regelung zu bewirken.
Die Ausgänge aus den Blöcken F5 und F6 führen zu einer Summiereinheit SM4, deren Ausgabe das Steuersignal ΔT_ycl darstellt.
Das obenstehend beschriebene System ermöglicht eine optimale Kontrolle der Stabilität des Fahrzeugs und eine Kontrolle der Aufteilung des Drehmoments, wenn sich das Fahrzeug in der Kurve mit einer fortschreitenden Drehmomentübertragung von den dem Zentrum der Kurve zugewandten inneren Rädern zu den äußeren Rädern bewegt.
Das System ermöglicht weiters ein Untersteuerungsverhalten mit der Möglichkeit, dass der Benutzer das Ausmaß der Untersteuerungswirkung bestimmt.
Natürlich können die Ausführungsformen und Konstruktionsdetails hinsichtlich dessen, was rein anhand eines nicht einschränkend gedachten Beispiels beschrieben und veranschaulicht wurde, weitgehend abgewandelt werden, ohne dadurch vom in den nachfolgenden Ansprüchen definierten Umfang der Erfindung abzuweichen, wobei das Prinzip der Erfindung dasselbe bleibt.

Claims

System für die aktive Steuerung eines Kraftfahrzeug-Differentialgetriebes (D), umfassend eine Antriebswelle (M), die dazu bestimmt ist, ein Drehmoment auf zwei Abtriebswellen oder Halbwellen (AS1, AS2), die jeweils verschiedenen Rädern des Kraftfahrzeugs zugeordnet sind, zu übertragen, und Kupplungsmittel (C1, C2), die mittels entsprechender Aktuatoren (A1, A2) selektiv steuerbar sind, um die Aufteilung des Drehmoments zwischen den Halbwellen (AS1, AS2) zu modifizieren; Generatormittel (S1-S5), die dazu betriebsfähig sind, Signale zu liefern, welche den Winkel (δ) der Drehung des Lenkrads, die Geschwindigkeit (V) des Fahrzeugs, die Giergeschwindigkeit (ψ) des Fahrzeugs sowie die Längsbeschleunigung (a_x) und die Querbeschleunigung (a_y) des Fahrzeugs anzeigen; wobei das Steuersystem (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass es Folgendes umfasst: erste Steuermittel (M1, F1), die dazu betriebsfähig sind, einen Referenz-Giergeschwindigkeitswert (ψ_ref) als Funktion der Werte des Drehwinkels (δ) des Lenkrads und der Geschwindigkeit (V) des Fahrzeugs zu bestimmen und ein erstes Gierdrehmoment-Steuersignal (ΔT_y1) basierend auf einem vorbestimmten mathematischen Modell des Verhaltens des Kraftfahrzeugs und als Funktion des vorbestimmten Referenzwerts der Giergeschwindigkeit (ψ_ref) zu erzeugen, zweite Steuermittel (F2), die dazu eingerichtet sind, ein zweites Gierdrehmoment-Steuersignal (ΔT_y2) als vorbestimmte Funktion der Längsbeschleunigung (a_x) des Fahrzeugs zu erzeugen, und wobei Regelschaltungsmittel (DC) dazu eingerichtet sind, elektrische Signale zum Steuern der Aktuatorvorrichtungen (A1, A2) als Funktion der Summe (ΔT_yol) des ersten und des zweiten Gierdrehmoment-Steuersignals (ΔT_y1, ΔT_y2) zu erzeugen.
Steuersystem gemäß Anspruch 1, welches weiters dritte Steuermittel (B2) umfasst, die dazu eingerichtet sind, ein drittes Gierdrehmoment-Steuersignal (ΔT_ycl) zu erzeugen, und zwar als vorbestimmte Funktionen der Differenz (err ψ) zwischen der Giergeschwindigkeit (ψ) und dem dazugehörigen Referenzwert (ψ_ref) sowie der Differenz (err a_y) zwischen der seitlichen Beschleunigung (a_y) des Fahrzeugs und einem dazugehörigen Referenzwert (a_yref); wobei die Regelschaltungsmittel (DC) dazu eingerichtet sind, Signale zum Steuern der Aktuatorvorrichtungen (A1, A2) als Funktion der Summe (ΔT_y) des ersten, zweiten und dritten Gierdrehmoment-Steuersignals (ΔT_y1, ΔT_y2, ΔT_y1) zu erzeugen.
Steuersystem gemäß Anspruch 2, wobei der Querbeschleunigungsreferenzwert (a_yref) im Wesentlichen als Produkt der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (V) und des Giergeschwindigkeitsreferenzwerts (ψ_ref) bestimmt wird.
Steuersystem gemäß Anspruch 2, wobei das zweite Gierdrehmoment-Steuersignal (ΔT_y2) im Wesentlichen für das Produkt der Längsbeschleunigung (a_x) des Fahrzeugs und des Referenzwerts der seitlichen Beschleunigung (a_yref) des Fahrzeugs indikativ ist.
Steuersystem gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei weiters Schätzmittel (EST) vorgesehen sind, die dazu eingerichtet sind, den Reibungskoeffizienten (μ) zwischen den Reifen und der Straßenoberfläche zu schätzen, und wobei die ersten Steuermittel (M1) dazu eingerichtet sind, den Referenzwert der Giergeschwindigkeit (ψ_ref) ebenfalls als Funktion des geschätzten Werts dieses Reibungskoeffizienten (μ) zu bestimmen.
Steuersystem gemäß Anspruch 5, wobei die Schätzmittel (EST) dazu eingerichtet sind, den Reibungskoeffizienten (μ) basierend auf Werten des Drehwinkels (δ) des Lenkrads, der Giergeschwindigkeit (ψ), der Längsbeschleunigung (a_x) des Fahrzeugs und der Drehgeschwindigkeit (ω_I) der Fahrzeugräder zu schätzen.
Steuersystem gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei die ersten Steuermittel (M1, F1) mit Einstellmitteln (I1) verkoppelt sind, die dazu betriebsfähig sind, Signale zu liefern, die den gewünschten Untersteuerungsgradienten selektiv anzeigen; wobei die ersten Steuermittel (M1) dazu eingerichtet sind, den Referenzwert der Giergeschwindigkeit (ψ_ref) ebenfalls als Funktion dieses Untersteuerungsgradienten zu bestimmen.
Steuersystem gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei die zweiten Steuermittel (F2) mit zweiten Einstellmitteln (I2) verkoppelt sind, die dazu betriebsfähig sind, die zweiten Steuermittel (F2) mit Modifikation- oder Personalisierungssignalen von der Funktion, die dieses zweite Gierdrehmoment-Steuersignal (ΔT_y2) mit der Längsbeschleunigung (a_x) des Fahrzeugs in eine Wechselbeziehung bringt, zu versorgen.