EP4263269A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines antriebsstrangs - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines antriebsstrangs

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Publication number
EP4263269A1
EP4263269A1 EP21830991.2A EP21830991A EP4263269A1 EP 4263269 A1 EP4263269 A1 EP 4263269A1 EP 21830991 A EP21830991 A EP 21830991A EP 4263269 A1 EP4263269 A1 EP 4263269A1
Authority
EP
European Patent Office
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wheel
drive
electric machine
torque
drive device
Prior art date
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Pending
Application number
EP21830991.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Paul Oborowski
Florian Schlumpp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/10—Indicating wheel slip ; Correction of wheel slip
    • B60L3/106—Indicating wheel slip ; Correction of wheel slip for maintaining or recovering the adhesion of the drive wheels
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a drive train of a motor vehicle, the drive train having a first axle with a first drive device and at least one wheel operatively connected to the first drive device and a second axle with a second drive device and at least one wheel operatively connected to the second drive device.
  • the first drive device has an electric machine, and wherein in a range-extension operation of the drive train, the electric machine is normally operated in a freewheeling mode and a requested drive torque is provided by the second drive device.
  • the invention relates to a device for operating a drive train as described above.
  • range extension operation in which a requested drive torque is converted by the electric machine on one axle, while the electric machine on another axle is switched off or deactivated and is therefore operated in a freewheeling mode. It has been found that this improves the overall efficiency of the drive train and thus the range of the motor vehicle can be increased.
  • the method according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that the driving stability is improved with simple means in the range extension operation. According to the invention, this is achieved in that in a special case, i.e. different from the normal case mentioned above, when at least one wheel-specific traction limit of the at least one wheel of the second axle is exceeded or threatens to be exceeded, a predetermined proportion of the requested drive torque is provided by the electric machine provided.
  • the electric machine which is therefore normally switched off in range extension mode or is operated in freewheeling mode, is used in special cases to also provide the requested drive torque and thereby to support the second drive device in the special case in such a way that in particular the traction limits of the wheels are not exceeded .
  • the electric machine is thus controlled to convert a predetermined portion of the requested drive torque when a wheel that is assigned to the second drive device cannot convert the requested drive torque.
  • the requested drive torque is nevertheless made available to the driver in full, at least as a rule.
  • the range is reduced only slightly more than in the normal case.
  • the additional loss is accepted for the continued driving stability and better traction of the motor vehicle.
  • the electric machine is operated in a torque-neutral manner in the freewheeling mode. This means that the electric machine is driven or controlled in such a way that it exerts neither a positive nor a negative torque on the drive device or the wheels of the drive device.
  • the electrical machine is optionally subjected to a low operating voltage, so that at least the drag losses of the electrical machine are overcome. If the electric machine has or is associated with a clutch, this is actuated in the freewheel mode to disconnect the electric machine from the edges so that the electric machine can be operated without current and is operated preferentially in order to further optimize the overall efficiency .
  • the electrical machine is dragged along in the freewheeling mode.
  • the electrical machine remains connected to the at least one wheel assigned to it and is therefore driven by the wheel while the motor vehicle is in motion and is thereby dragged along.
  • the electric machine is designed as a permanently excited synchronous machine, drag losses act on the wheel connected to it.
  • a coupling that is interposed in particular between the electric machine and the wheel of the first axle is ideal for this purpose.
  • the proportion of the requested drive torque, which is then provided or should be provided by the electric machine is specified independently of the wheel-specific traction limits.
  • This embodiment of the invention therefore provides that the torque component of the electric machine is determined in the special case independently of traction limits that are actually present. Provision is particularly preferably made for the requested drive torque to be divided equally between the first and the second Drive device is divided so that the proportion of the electric machine corresponds to 50% or half of the requested drive torque. This requires a simple implementation, which continues to ensure driving stability.
  • the proportion of the requested drive torque provided by the electric machine is determined as a function of the wheel-specific traction limits of the wheels of the drive train that can be driven by the first and the second drive device.
  • the traction limits are taken into account and a torque distribution or distribution of the requested drive torque to the drive devices is carried out as a function of these limits. This not only ensures that the traction limits of the wheels of the second drive device are not exceeded, but also that the traction limits of the wheels of the first drive device are not exceeded by the torque component now provided by the electric machine.
  • the torque portion provided by the electric machine is restricted or limited as a function of the traction limits of the wheels assigned to the first drive device in order to prevent the wheels of the first drive device from exceeding the wheel-specific traction limits.
  • the total drive torque of the motor vehicle may be reduced so that it no longer corresponds to the requested drive torque.
  • a maximum torque that can be transferred from the respective wheel to a roadway is determined, and that in the special case the proportion of the requested drive torque, which is provided by the electric machine, is dependent is specified by the difference between the requested drive torque and the sum of the maximum torques that can be set at least for the second drive device.
  • the traction limits of all the wheels of the first and the second drive device are preferably taken into account. As already mentioned above, this also ensures that the torque component of the electric machine is preferably reduced when the traction limits of the wheels connected to the electric machine are exceeded or threaten to be exceeded.
  • the wheel-specific traction limits are preferably determined by means of sensors, in particular by means of wheel-specific sensors of a driving stability assurance device of the motor vehicle.
  • Conventional ESP electronic stability program
  • ABS ABS
  • ASR anti-slip regulation
  • Speed sensors for example, are used for this purpose.
  • at least one acceleration sensor is used, which is read in by a control unit, in particular a central control unit.
  • the traction limits are calculated using simple models or obtained by an ESP control unit of the motor vehicle.
  • the device according to the invention with the features of claim 10 is characterized in that it has a specially designed control unit which is designed to carry out the method according to the invention when used as intended. This results in the advantages already mentioned.
  • Figure 1 shows a motor vehicle in a simplified plan view
  • FIG. 2 shows a flowchart to explain an advantageous
  • FIG. 1 shows a motor vehicle 1 in a simplified plan view, which is designed as an electric vehicle in the present case.
  • the motor vehicle 1 has two drivable axles 2 and 3, each of which has a drive device 4, 5 and at least two wheels 6 or 7 connected to the respective drive device.
  • the wheels 6, 7 are either coupled directly to the respective drive device 4, 5, or a gear and/or a clutch are interposed.
  • the drive device 5 of the second axle 3, which represents a rear wheel axle of the motor vehicle 1 in this exemplary embodiment, has an electric machine 8 as the drive machine.
  • the drive device 4 also has an electric machine 9 as the drive machine.
  • a control unit 10 controls the electric machines 8, 9 depending on a requested drive torque to drive the motor vehicle 1 and the requested drive torque through the wheels 6, 7 on off a lane.
  • control unit 10 is connected to a device 11 which determines the requested drive torque and communicates it to control unit 10 .
  • the device 11 is, for example, an accelerator pedal of the motor vehicle 1, a driving computer of an automated or autonomous driving system of the motor vehicle 1 or another actuating means by which a driver or user of the motor vehicle 1 can request or specify a drive torque.
  • control unit 10 is connected to control unit 12 of a driving stability system of motor vehicle 1, in particular an ESP system.
  • a speed sensor 13 of the driving stability system is assigned to each wheel 6 , 7 of motor vehicle 1 and is connected to control unit 12 .
  • the driving stability system or the control unit 12 is designed to detect slip or imminent slip of the wheels 6, 7 during operation. From this, in particular, traction limits of the individual wheels 6, 7 are determined by the control unit 10.
  • a traction limit is understood to be the maximum torque that can be applied to the road surface by the respective wheel in the current and/or an expected driving situation. After exceeding its traction limit, a wheel begins to spin.
  • the respective traction limit can change as a function of changing environmental and roadway conditions, independently of the torque actually applied to the respective wheel 6, 7, for example when motor vehicle 1 moves from a dry section of road to a wet section of road. If a traction limit or the maximum torque that can be deducted is exceeded, the affected wheel loses static friction with the road, so it spins and can therefore no longer transmit any additional torque and no or only reduced cornering forces for the motor vehicle.
  • the control unit 10 controls the electric machines 8, 9 in a range extension mode in such a way that normally only the electric machine 9 of the axle 2 is controlled to apply a torque by means of the wheels 6 to the roadway for driving of the motor vehicle 1, while the electric machine 8 of the axle 3 is operated in an energy-efficient manner in a free-running mode.
  • the electric machine 8 is operated torque-neutral in the area of range extension operation, so that it is indeed operated as a motor, but with such a low torque that in particular frictional forces in the electric machine 8 itself or in the axle 3 as a whole are overcome and in particular by the wheels 7 no negative or positive drive torque is transmitted to the road surface.
  • the electrical machine 8 is dragged along in the freewheeling mode, so that mechanical losses in the electrical machine 8 and the axle 3 are overcome overall by the torque provided by the electrical machine 4 .
  • FIG. 2 shows a flow chart, on the basis of which an advantageous method for operating the motor vehicle 1 is described below, by means of which a loss of traction at the wheels 6, 7 is advantageously avoided.
  • the method is started in step S1 when the user or the device 10 requests a drive torque.
  • a subsequent step S2 it is checked whether or not the vehicle is in a range extension mode.
  • the range extension mode is preferably set automatically if, for example, the capacity of an electrical energy store in the motor vehicle falls below a predetermined limit value.
  • the range extension operation is set as a function of an operating mode selection by a user of motor vehicle 1 . If the range extension mode is not present (n), the process starts over. However, if the query in step S2 shows that the range extension operation is set (j), then in a subsequent query S3 checked whether the traction limit of one of the wheels 6, 7 is exceeded or threatens to be exceeded.
  • the wheel-specific traction limits are provided in particular by control unit 12 and are preferably continuously updated.
  • the traction limits of the wheels 6 of the front wheel axle 2 are monitored and compared with the requested torque. If the torque transmitted by the electric machine 9 to the wheels 6 is below the traction limits of the wheels 6(n), the method is continued in step S1. However, if one of the traction limits is currently being exceeded or is about to be exceeded (j), it is determined in the subsequent step S4 that a special case of range extension operation is present. In the special case, the requirement to only use the drive device 4 to generate a drive torque is lifted at least temporarily in order to prevent a loss of traction on the wheels 6 of the axle 2 .
  • step S5 a proportion of the requested torque is determined, which is to be provided by the electric machine 5 of the axle 3 .
  • the total required drive torque is thus distributed to both axles 2, 3 and the torque provided by the electric machine 5 is subtracted from the torque to be provided by the drive device 4, which reduces the drive torque on the wheels 6 of the axle 2 and thus the respective traction limit of the wheels 6 is complied with or not exceeded.
  • the torque provided at the wheels 6 is thus below the maximum torque that can be deducted, as a result of which a loss of traction is reliably prevented.
  • the portion of the drive torque that should be provided or is provided by the drive device 5 of the axle 3 can be determined in the different ways described below.
  • the proportion of the drive torque provided by the electric machine 8 is specified independently of the traction limits for the individual wheels. There is thus a fixed predetermined distribution of the drive torque to the axes 2, 3 instead.
  • the required drive torque is particularly preferably distributed equally to both axles 2, 3 divided so that the respective drive device 4 or 5 converts or provides 50% of the requested power or the requested drive torque.
  • the proportion of the requested drive torque that is to be provided by the electric machine 8 is determined as a function of the wheel-specific traction limits of at least the wheels 6 of the drive device 4.
  • the proportion of the drive torque for the electric machine 8 can be specified in such a way that, for example, a focus is placed on an energy-efficient implementation of the special case, so that the electric machine 5, for example, only takes over the proportion of the drive torque that cannot be settled on the wheels of axle 2 in relation to the traction limits.
  • the method provides that, depending on the wheel-specific traction limits of at least the wheels 6, a maximum torque that can be deposited on the road surface by the respective wheel 6 is determined, and that in the special case the proportion of the requested drive torque that is provided by the electric machine 8 is specified as a function of the difference between the requested drive torque and the total maximum torque that can be deducted, at least of the wheels 6 of the second drive device.
  • the proportion of the drive torque of the electric machine 8 corresponds to the aforementioned difference.
  • the traction limits of all wheels 6, 7 of the first and second drive device 4, 5 are particularly preferably taken into account when determining the proportion of the requested drive torque for the electric machine 8.
  • the drive torque provided by the electric machine 5 can also be influenced by the traction limits of the wheels 7 .
  • the proportion of the drive torque that is provided by the electric machine 5 can be reduced by the traction limits or as a maximum Torque of the wheels 7 is limited if the traction limits of the wheels 7 are exceeded or are about to occur.
  • the proportion is preferably limited independently of the requested drive torque, so that in the event that the full requested torque is not available due to existing traction limits on the wheels 6, 7
  • Drive torque can be sold, the total drive torque is reduced in order to maintain the traction limits.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs (1), wobei der Antriebsstrang eine erste Achse (3) mit einer ersten Antriebseinrichtung (5) und zumindest einem mit der ersten Antriebseinrichtung (5) wirkverbundenen Rad (7) und eine Achse (2) mit einer zweiten Antriebseinrichtung (4) und zumindest einem mit der zweiten Antriebseinrichtung (4) wirkverbundenen Rad (6) aufweist, wobei die erste Antriebseinrichtung (5) eine elektrische Maschine (8) aufweist, und wobei in einem Reichenweitenverlängerungsbetrieb im Normalfall die elektrische Maschine (8) in einem Freilaufmodus betrieben wird und ein angefordertes Antriebsdrehmoment von der zweiten Antriebseinrichtung (4) bereitgestellt wird. Es ist vorgesehen, dass in einem Sonderfall eines aktuellen oder voraussichtlichen Überschreitens zumindest einer radindividuellen Traktionsgrenze des zumindest einen Rades (7) der zweiten Achse (2) während des Reichenweitenverlängerungsbetriebs ein vorgegebener Anteil des angeforderten Antriebsdrehmoments durch die elektrische Maschine (8) bereitgestellt wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Antriebsstrangs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei der Antriebsstrang eine erste Achse mit einer ersten Antriebseinrichtung und zumindest einem mit der ersten Antriebseinrichtung wirkverbundenen Rad und eine zweite Achse mit einer zweiten Antriebseinrichtung und zumindest einem mit der zweiten Antriebseinrichtung wirkverbundenen Rad aufweist, wobei die erste Antriebseinrichtung eine elektrische Maschine aufweist, und wobei in einem Reichenweitenverlängerungsbetrieb des Antriebsstrangs im Normalfall die elektrische Maschine in einem Freilaufmodus betrieben und ein angefordertes Antriebsdrehmoment von der zweiten Antriebseinrichtung bereitgestellt wird.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben eines Antriebsstrangs, wie er obenstehend beschrieben wurde.
Stand der Technik
Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Mit der zunehmenden Elektrifizierung von Kraftfahrzeugen nimmt auch die Art von Kraftfahrzeugen zu, die für jede Achse eine eigene Antriebseinrichtung nutzen. So sind Antriebsstränge bekannt, die beispielsweise an einer Vorderradachse zum Antrieb eine Verbrennungskraftmaschine und an der Hinterradachse elektrische Maschinen einsetzen. Auch sind vollelektrische Kraftfahrzeuge bekannt, bei denen sowohl an einer ersten als auch an einer zweiten Achse nur elektrische Maschinen zum Einsatz kommen. Aufgrund der begrenzten Kapazität eines elektrischen Speichers, der die eine oder mehreren elektrischen Maschine mit elektrischer Energie versorgt, werden Betriebsarten eingesetzt, durch welche die Reichweite eines den Antriebsstrang aufweisenden Kraftfahrzeugs maximiert wird. So ist beispielsweise ein Reichsweitenverlängerungsbetrieb bekannt, bei welchem ein angefordertes Antriebsdrehmoment durch die elektrische Maschine einer Achse umgesetzt wird, während die elektrische Maschine einer weiteren Achse ausgeschaltet beziehungsweise deaktiviert ist und somit in einem Freilaufmodus betrieben wird. Es hat sich herausgestellt, dass hierdurch der Gesamtwirkungsgrad des Antriebsstrangs verbessert wird und damit die Reichweite des Kraftfahrzeugs vergrößert werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass in dem Reichenverlängerungsbetrieb die Fahrstabilität mit einfachen Mitteln verbessert wird. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass in einem Sonderfall, also abweichend von dem zuvor genannten Normalfall, wenn zumindest eine radindividuelle Traktionsgrenze des zumindest einen Rads der zweiten Achse überschritten wird oder droht, überschritten zu werden, ein vorgegebener Anteil des angeforderten Antriebsdrehmoments durch die elektrische Maschine bereitgestellt wird. Die elektrische Maschine, die im Reichweitenverlängerungsbetrieb somit im Normalfall abgeschaltet ist beziehungsweise in dem Freilaufmodus betrieben wird, wird im Sonderfall dazu eingesetzt, das angeforderte Antriebsdrehmoment mitbereitzustellen und dadurch die zweite Antriebseinrichtung in dem Sonderfall derart zu unterstützen, dass insbesondere die Traktionsgrenzen der Räder nicht überschritten werden. Die elektrische Maschine wird somit dazu angesteuert, dann einen vorgegebenen Anteil des angeforderten Antriebsdrehmoments umzusetzen, wenn ein Rad, das der zweiten Antriebseinrichtung zugeordnet ist, das angeforderte Antriebsdrehmoment nicht umsetzen kann. Insgesamt wird dem Fahrer dadurch zumindest in der Regel dennoch das angeforderte Antriebsdrehmoment vollständig zur Verfügung gestellt. Im Vergleich zum Normalfall wird in diesem Sonderfall die Reichweite nur geringfügig mehr reduziert. Der Mehrverlust wird jedoch für die weiterhin sichergestellte Fahrstabilität und bessere Traktion des Kraftfahrzeugs in Kauf genommen. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird in dem Freilaufmodus die elektrische Maschine drehmomentneutral betrieben. Das bedeutet, dass die elektrische Maschine derart angetrieben beziehungsweise angesteuert wird, dass sie weder ein positives noch ein negatives Drehmoment auf die Antriebseinrichtung beziehungsweise die Räder der Antriebseinrichtung ausübt. Dazu wird die elektrische Maschine gegebenenfalls mit einer niedrigen Betriebsspannung beaufschlagt, sodass zumindest die Schleppverluste der elektrischen Maschine überwunden werden. Weist die elektrische Maschine eine Kupplung auf oder ist ihr eine zugeordnet, so wird diese im Freilaufmodus betätigt, um die elektrische Maschine von den Rändern zu trennen, sodass die elektrische Maschine stromfrei betrieben werden kann und bevorzugt betrieben wird, um den Wirkungsgrad insgesamt weiter zu optimieren.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass in dem Freilaufmodus die elektrische Maschine mitgeschleppt wird. Hierdurch ergibt sich, dass die elektrische Maschine weiterhin mit dem ihr zugeordneten zumindest einen Rad verbunden bleibt und dadurch während der Fahrt des Kraftfahrzeugs durch das Rad angetrieben und dadurch mitgeschleppt wird. Hierbei wirken im Fall von der Ausbildung der elektrischen Maschine als permanenterrege Synchronmaschine Schleppverluste auf das mit ihr verbundene Rad.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass in dem Freilaufmodus der elektrischen Maschine von dem zumindest einen Rad der ersten Achse mechanisch entkoppelt wird. Wie zuvor bereits erwähnt, bietet sich hierzu eine insbesondere zwischen der elektrischen Maschine und Rad der ersten Achse zwischengeschaltete Kupplung an.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass in dem Sonderfall der Anteil des angeforderten Antriebsdrehmoments, der dann durch die elektrische Maschine bereitgestellt wird oder werden soll, unabhängig von den radindividuellen Traktionsgrenzen vorgegeben wird. Diese Ausführungsform der Erfindung sieht also vor, dass der Drehmomentanteil der elektrischen Maschine im Sonderfall unabhängig von tatsächlich vorhandenen Traktionsgrenzen bestimmt wird. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das angeforderte Antriebsdrehmoment zu gleichen Teilen auf die erste und die zweite Antriebseinrichtung aufgeteilt wird, sodass der Anteil für die elektrische Maschine 50 % beziehungsweise der Hälfte des angeforderten Antriebsdrehmoments entspricht. Hierdurch ist eine einfache Umsetzung geboten, durch welche weiterhin die Fahrstabilität gewährleistet wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist bevorzugt vorgesehen, dass in dem Sonderfall der Anteil des angeforderten Antriebsdrehmoments, der durch die elektrische Maschine bereitgestellt wird, in Abhängigkeit der radindividuellen Traktionsgrenzen der durch die erste und die zweite Antriebseinrichtung antreibbaren Räder des Antriebsstrangs bestimmt wird. Gemäß dieser Ausführungsform werden somit die Traktionsgrenzen berücksichtigt und in Abhängigkeit dieser eine Drehmomentverteilung oder - aufteilung des angeforderten Antriebsdrehmoments auf die Antriebseinrichtungen vorgenommen. Dadurch wird beispielsweise nicht nur erreicht, dass die Traktionsgrenzen der Räder der zweiten Antriebseinrichtung nicht überschritten werden, sondern auch, dass die Traktionsgrenzen der Räder der ersten Antriebseinrichtung durch den nunmehr von der elektrischen Maschine bereitgestellten Drehmomentanteil nicht überschritten werden. Insbesondere wird der durch die elektrische Maschine bereitgestellte Drehmomentanteil in Abhängigkeit von den Traktionsgrenzen der der ersten Antriebseinrichtung zugeordneten Räder beschränkt oder begrenzt, um zu vermeiden, dass die Räder der ersten Antriebseinrichtung die radindividuellen Traktionsgrenzen überschreiten. Dadurch wird gegebenenfalls das Gesamtantriebsdrehmoment des Kraftfahrzeugs reduziert, sodass es nicht mehr dem angeforderten Antriebsdrehmoment entspricht.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass in Abhängigkeit der radindividuellen Traktionsgrenzen zumindest der zweiten Antriebseinrichtung ein maximal von dem jeweiligen Rad auf eine Fahrbahn absetzbares Drehmoment ermittelt wird, und dass in dem Sonderfall der Anteil des angeforderten Antriebsdrehmoments, welcher durch die elektrische Maschine bereitgestellt wird, in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem angeforderten Antriebsdrehmoment und der Summe der maximal absetzbaren Drehmomente zumindest der zweiten Antriebseinrichtung vorgegeben wird. Hierdurch wird erreicht, dass das durch die zweite Antriebseinrichtung nicht mehr absetzbare Drehmoment durch die erste Antriebseinrichtung übernommen und umgesetzt wird, sodass dem Kraftfahrzeug das angeforderte Antriebsdrehmoment insgesamt zur Verfügung steht.
Vorzugsweise wird bei der Bestimmung des Anteils des angeforderten Antriebsdrehmoments die Traktionsgrenzen aller Räder der ersten und der zweiten Antriebseinrichtung berücksichtigt. Dadurch wird außerdem, wie oben bereits erwähnt, erreicht, dass der Drehmomentanteil der elektrischen Maschine bevorzugt reduziert wird, wenn die Traktionsgrenzen der mit der elektrischen Maschine verbundenen Räder überschritten werden oder drohen überschritten zu werden.
Vorzugsweise werden die radindividuellen Traktionsgrenzen mittels Sensoren, insbesondere mittels radindividueller Sensoren einer Fahrstabilitätssicherungseinrichtung des Kraftfahrzeugs ermittelt. Herkömmliche ESP- (ESP = elektronisches Stabilitätsprogramm), ABS- (ABS = Antiblockiersystem) oder ASR- (ASR = Antischlupfregelung) Einrichtungen in Kraftfahrzeugen nutzen radindividuelle Sensoren, um das Auftreten oder das wahrscheinliche Auftreten von Schlupf beziehungsweise Verlust der Haftreibung und damit der Traktion zu erkennen. Hierzu werden beispielsweise Drehzahlsensoren eingesetzt. Alternativ oder zusätzlich wird zumindest ein Beschleunigungssensor eingesetzt, der von einem Steuergerät, insbesondere zentralen Steuergerät, eingelesen wird. Damit wird mithilfe eines Modells die Achslast an der Vorder- und der Hinterradachse berechnet. Die Achslasten sind proportional zu den Traktionsgrenzen, sodass hierdurch die Traktionsgrenzen auf einfache Art und Weise erfasst werden. Im Unterschied zu den von ESP- Systemen eingesetzten Raddrehzahlsensoren, ist die Erfassung der Traktionsgrenzen dabei einfacher, auch weil die Genauigkeit der Messung nicht so relevant ist wie im ESP-System. Weiterhin wird bevorzugt zumindest ein Umweltfaktor berücksichtigt, der die Umgebung des Kraftfahrzeugs betrifft, so werden beispielsweise eine Fahrbahneigenschaft, Witterungsbedingungen und/oder Umgebungstemperaturen des Kraftfahrzeugs überwacht und in die Ermittlung der Traktionsgrenzen einbezogen. Die Umverteilung des angeforderten Antriebsdrehmoments aus Traktionsgründen ist dabei vorzugsweise zusätzlich zu Fahrstabilitätssicherungseinrichtungen und deren Eingriffe vorgesehen, stellt also keinen Ersatz für ein ESP-, ABS- oder ASR- System dar. Insbesondere werden die Traktionsgrenzen mit einfachen Modellen berechnet oder durch ein ESP-Steuergerät des Kraftfahrzeugs erhalten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich dadurch aus, dass sie ein speziell hergerichtetes Steuergerät aufweist, das dazu ausgebildet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile.
Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen
Figur 1 ein Kraftfahrzeug in einer vereinfachten Draufsicht und
Figur 2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines vorteilhaften
Verfahrens zum Betreiben eines Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs aus Figur 1.
Figur 1 zeigt in einer vereinfachten Draufsicht ein Kraftfahrzeug 1, das vorliegend als Elektrofahrzeug ausgebildet ist. Dazu weist das Kraftfahrzeug 1 zwei antreibbare Achsen 2 und 3 auf, die jeweils eine Antriebseinrichtung 4, 5 und jeweils zumindest zwei mit der jeweiligen Antriebseinrichtung verbundene Räder 6 beziehungsweise 7 aufweist. Die Räder 6, 7 sind dabei entweder direkt mit der jeweiligen Antriebseinrichtung 4, 5 gekoppelt, oder es sind ein Getriebe und/oder eine Kupplung zwischengeschaltet. Die Antriebseinrichtung 5 der zweiten Achse 3, die in diesem Ausführungsbeispiel eine Hinterradachse des Kraftfahrzeugs 1 darstellt, weist eine elektrische Maschine 8 als Antriebsmaschine auf. Die Antriebseinrichtung 4 weist in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls eine elektrische Maschine 9 als Antriebsmaschine auf.
Ein Steuergerät 10 steuert die elektrischen Maschinen 8, 9 in Abhängigkeit von einem angeforderten Antriebsdrehmoment dazu an das Kraftfahrzeug 1 anzutreiben und das angeforderte Antriebsdrehmoment durch die Räder 6, 7 auf einer Fahrbahn abzusetzen. Das Steuergerät 10 ist dazu mit einer Einrichtung 11 verbunden, welche das angeforderte Antriebsdrehmoment ermittelt und dem Steuergerät 10 mitteilt. Bei der Einrichtung 11 handelt es sich beispielsweise um ein Fahrpedal des Kraftfahrzeugs 1, einen Fahrcomputer eines automatisierten oder autonomen Fahrsystems des Kraftfahrzeugs 1 oder um ein anderes Stellmittel, durch welches ein Fahrer oder Benutzer des Kraftfahrzeugs 1 ein Antriebsdrehmoment fordern beziehungsweise vorgeben kann.
Weiterhin ist das Steuergerät 10 mit dem Steuergerät 12 eines Fahrstabilitätssystems des Kraftfahrzeugs 1, insbesondere ESP-System, verbunden. Jedem Rad 6, 7 des Kraftfahrzeugs 1 ist jeweils ein Drehzahlsensor 13 des Fahrstabilitätssystems zugeordnet und mit dem Steuergerät 12 verbunden. Das Fahrstabilitätssystem beziehungsweise das Steuergerät 12 ist dazu ausgebildet, Schlupf oder drohenden Schlupf der Räder 6, 7 im laufenden Betrieb zu erfassen. Hieraus werden insbesondere durch das Steuergerät 10 Traktionsgrenzen der einzelnen Räder 6, 7 ermittelt. Unter einer Traktionsgrenze wird dabei das maximal durch das jeweilige Rad auf die Fahrbahn absetzbare Drehmoment in der aktuellen und/oder einer erwarteten Fahrsituation verstanden. Nach Überschreiten seiner Traktionsgrenze beginnt ein Rad durchzudrehen. Die jeweilige Traktionsgrenze kann sich in Abhängigkeit von sich verändernden Umwelt- und Fahrbahnbedingungen unabhängig von dem auf das jeweilige Rad 6, 7 tatsächlich aufgebrachte Drehmoment verändern, beispielsweise wenn das Kraftfahrzeug 1 von einem trockenen Fahrbahnabschnitt auf einen nassen Fahrbahnabschnitt gelangt. Wird eine Traktionsgrenze beziehungsweise das maximal absetzbare Drehmoment überschritten, verliert das betroffene Rad die Haftreibung zu der Fahrbahn, dreht also durch und kann somit kein zusätzliches Drehmoment und auch keine oder nur noch reduzierte Seitenführungskräfte für das Kraftfahrzeug mehr übertragen.
Um die Reichweite des Elektrofahrzeugs zu maximieren, steuert das Steuergerät 10 die elektrischen Maschinen 8, 9 in einem Reichweitenverlängerungsbetrieb derart an, dass im Normalfall nur die elektrische Maschine 9 der Achse 2 dazu angesteuert wird, ein Drehmoment mittels der Räder 6 auf die Fahrbahn zum Antrieb des Kraftfahrzeugs 1 abzusetzen, während die elektrische Maschine 8 der Achse 3 in einem Freilaufmodus energieeffizient betrieben wird. So wird die elektrische Maschine 8 beispielsweise im Bereich eines Reichweitenverlängerungsbetriebs drehmomentneutral betrieben, sodass sie zwar motorisch betrieben wird, jedoch mit einem derart geringen Drehmoment, dass insbesondere Reibkräfte in der elektrischen Maschine 8 selbst oder in der Achse 3 insgesamt überwunden werden und insbesondere durch die Räder 7 kein negatives oder positives Antriebsdrehmoment auf die Fahrbahn übertragen wird.
Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel wird die elektrische Maschine 8 in dem Freilaufmodus mitgeschleppt, sodass mechanische Verluste der elektrischen Maschine 8 und der Achse 3 insgesamt durch das von der elektrischen Maschine 4 bereitgestellt Drehmoment mit überwunden wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine Kupplung zwischen elektrischer Maschine 8 und Rädern 7 vorhanden, die im Freilaufmodus geöffnet wird, sodass die Räder 7 mechanisch von der Antriebseinrichtung 5 entkoppelt sind.
Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm, anhand dessen im Folgenden ein vorteilhaftes Verfahren zum Betreiben des Kraftfahrzeugs 1 beschrieben wird, durch welches ein Traktionsverlust an den Rädern 6, 7 in vorteilhafter Weise vermieden wird.
Das Verfahren wird im Schritt S1 gestartet, wenn vom Benutzer oder der Einrichtung 10 ein Antriebsdrehmoment gefordert wird. In einem darauffolgenden Schritt S2 wird geprüft, ob sich das Fahrzeug in einem Reichweitenverlängerungsbetrieb befindet oder nicht. Der Reichweitenverlängerungsbetrieb wird bevorzugt automatisiert eingestellt, wenn beispielsweise die Kapazität eines elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Alternativ wird der Reichweitenverlängerungsbetrieb in Abhängigkeit von einer Betriebsmoduswahl eines Benutzers des Kraftfahrzeugs 1 eingestellt. Liegt der Reichweitenverlängerungsbetrieb nicht vor (n), beginnt das Verfahren von vorn. Ergibt die Abfrage in Schritt S2 jedoch, dass der Reichweitenverlängerungsbetrieb eingestellt ist (j), so wird in einer darauffolgenden Abfrage S3 geprüft, ob die Traktionsgrenze eines der Räder 6, 7 überschritten wird oder droht zu überschreiten.
Die radindividuellen Traktionsgrenzen werden, wie zuvor erwähnt, insbesondere durch das Steuergerät 12 bereitgestellt und vorzugsweise laufend aktualisiert. Dabei werden vorliegend die Traktionsgrenzen der Räder 6 der Vorderradachse 2 überwacht und mit dem angeforderten Drehmoment verglichen. Liegt das durch die elektrische Maschine 9 auf die Räder 6 übertragene Drehmoment unterhalb der Traktionsgrenzen der Räder 6 (n), so wird das Verfahren im Schritt S1 weitergeführt. Wird jedoch aktuell eine der Traktionsgrenzen überschritten oder droht überschritten zu werden (j), so wird im darauffolgenden Schritt S4 festgestellt, dass ein Sonderfall des Reichweitenverlängerungsbetriebs vorliegt. In dem Sonderfall wird das Gebot, nur die Antriebseinrichtung 4 zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments zu nutzen, zumindest zeitweise aufgehoben, um einen Traktionsverlust an den Rädern 6 der Achse 2 zu verhindern. Dazu wird im Schritt S5 ein Anteil des angeforderten Drehmoments ermittelt, der durch die elektrische Maschine 5 der Achse 3 bereitgestellt werden soll. Das insgesamt angeforderte Antriebsdrehmoment wird somit auf beide Achsen 2, 3 verteilt und das von der elektrischen Maschine 5 bereitgestellte Drehmoment von dem durch die Antriebseinrichtung 4 bereitzustellende Drehmoment abgezogen, wodurch an den Rädern 6 der Achse 2 das Antriebsdrehmoment reduziert und damit die jeweilige Traktionsgrenze der Räder 6 eingehalten beziehungsweise nicht überschritten wird. Damit liegt das an den Rädern 6 bereitgestellte Drehmoment unterhalb des maximal absetzbaren Drehmoments, wodurch ein Traktionsverlust sicher verhindert ist.
Der Anteil des Antriebsdrehmoments, der durch die Antriebseinrichtung 5 der Achse 3 bereitgestellt werden soll oder bereitgestellt wird, kann auf die im Folgenden beschriebenen unterschiedlichen Arten ermittelt werden. Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird in einem Schritt S6 darauffolgend der Anteil des durch die elektrische Maschine 8 bereitgestellten Antriebsdrehmoments unabhängig von den radindividuellen Traktionsgrenzen vorgegeben. Es findet somit eine fest vorgegebene Aufteilung des Antriebsdrehmoments auf die Achsen 2, 3 statt. Besonders bevorzugt wird das angeforderte Antriebsdrehmoment zu gleichen Teilen auf beide Achsen 2, 3 aufgeteilt, dass die jeweilige Antriebseinrichtung 4 beziehungsweise 5 jeweils 50 % der angeforderten Leistung beziehungsweise des angeforderten Antriebsdrehmoments umsetzt oder bereitstellt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird in einem auf Schritt S5 folgenden Schritt S7 der Anteil an dem angeforderten Antriebsdrehmoment, der durch die elektrische Maschine 8 bereitgestellt werden soll, in Abhängigkeit der radindividuellen Traktionsgrenzen zumindest der Räder 6 der Antriebseinrichtung 4 bestimmt. Durch das Berücksichtigen der radindividuellen Traktionsgrenzen kann der Anteil des Antriebsdrehmoments für die elektrische Maschine 8 derart konkretisiert werden, dass beispielsweise ein Fokus auf eine energieeffiziente Umsetzung des Sonderfalls gelegt wird, sodass von der elektrischen Maschine 5 zum Beispiel nur der Anteil des Antriebsdrehmoments übernommen wird, der an den Rädern der Achse 2 in Bezug auf die Traktionsgrenzen nicht abgesetzt werden kann. Insbesondere sieht das Verfahren vor, dass in Abhängigkeit von den radindividuellen Traktionsgrenzen zumindest der Räder 6 ein maximal von dem jeweiligen Rad 6 auf der Fahrbahn absetzbares Drehmoment ermittelt wird, und dass in dem Sonderfall der Anteil des angeforderten Antriebsdrehmoments, welcher durch die elektrische Maschine 8 bereitgestellt wird, in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem angeforderten Antriebsdrehmoment und der summierten maximal absetzbaren Drehmomente zumindest der Räder 6 der zweiten Antriebseinrichtung vorgegeben wird. Insbesondere entspricht der Anteil an dem Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine 8 der zuvor genannten Differenz. Hierdurch wird genau der überschüssige Drehmomentanteil, der zum Überschreiten der Traktionsgrenzen der Räder 6 führt, durch die elektrische Maschine 8 übernommen und auf die Räder 7 übertragen.
Besonders bevorzugt werden bei der Bestimmung des Anteils des angeforderten Antriebsdrehmoments für die elektrische Maschine 8 die Traktionsgrenzen aller Räder 6, 7 der ersten und zweiten Antriebseinrichtung 4, 5 berücksichtigt. Dadurch ergibt sich beispielsweise, dass auch das durch die elektrische Maschine 5 bereitgestellte Antriebsdrehmoment durch die Traktionsgrenzen der Räder 7 beeinflussbar ist. So ist insbesondere vorgesehen, dass der Anteil an dem Antriebsdrehmoment, der von der elektrischen Maschine 5 bereitgestellt wird, durch die Traktionsgrenzen beziehungsweise maximal absetzbaren Drehmomente der Räder 7 beschränkt wird, falls ein Überschreiten der Traktionsgrenzen der Räder 7 erfolgt oder droht zu erfolgen. Dabei wird bevorzugt der Anteil unabhängig von dem angeforderten Antriebsdrehmoment beschränkt, sodass in dem Fall, in welchem aufgrund vorliegender Traktionsgrenzen an den Rädern 6, 7 nicht das volle angeforderte
Antriebsdrehmoment abgesetzt werden kann, das Antriebsdrehmoment insgesamt reduziert, um die Traktionsgrenzen zu wahren.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs (1), wobei der Antriebsstrang eine erste Achse (3) mit einer ersten Antriebseinrichtung (5) und zumindest einem mit der ersten Antriebseinrichtung (5) wirkverbundenen Rad (7) und eine Achse (2) mit einer zweiten Antriebseinrichtung (4) und zumindest einem mit der zweiten Antriebseinrichtung (4) wirkverbundenen Rad (6) aufweist, wobei die erste Antriebseinrichtung (5) eine elektrische Maschine (8) aufweist, und wobei in einem Reichenweitenverlängerungsbetrieb im Normalfall die elektrische Maschine (8) in einem Freilaufmodus betrieben wird und ein angefordertes Antriebsdrehmoment von der zweiten Antriebseinrichtung (4) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Sonderfall eines aktuellen oder voraussichtlichen Überschreitens zumindest einer radindividuellen Traktionsgrenze des zumindest einen Rades (7) der zweiten Achse (2) während des Reichenweitenverlängerungsbetriebs ein vorgegebener Anteil des angeforderten Antriebsdrehmoments durch die elektrische Maschine (8) bereitgestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Freilaufmodus die elektrische Maschine (8) drehmomentneutral betrieben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Freilaufmodus die elektrische Maschine (8) mitgeschleppt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Freilaufmodus die elektrische Maschine (8) von dem zumindest einen Rad (7) der ersten Achse (3) mechanisch entkoppelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Sonderfall der Anteil des angeforderten Antriebsdrehmoments, der durch die elektrische Maschine (8) bereitgestellt wird, unabhängig von den radindividuellen Traktionsgrenzen vorgegeben wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Sonderfall der Anteil des angeforderten Antriebsdrehmoments, der durch die elektrische Maschine (8) bereitgestellt wird, in Abhängigkeit der radindividuellen Traktionsgrenzen zumindest der durch die zweite Antriebseinrichtung (5) antreibbaren Räder (6) des Antriebsstrangs bestimmt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der radindividuellen Traktionsgrenzen zumindest der zweiten Antriebseinrichtung (4) ein maximal von dem jeweiligen Rad (6) auf einer Fahrbahn absetzbares Drehmoment ermittelt wird, und dass in dem Sonderfall der Anteil des angeforderten Antriebsdrehmoments, welcher durch die elektrische Maschine (8) bereitgestellt wird, in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem angeforderten Antriebsdrehmoment und der summierten maximal absetzbaren Drehmomente zumindest der zweiten Antriebseinrichtung (4) vorgegeben wird. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung des Anteils des angeforderten Antriebsdrehmoments die Traktionsgrenzen aller Räder (6,7) der ersten und der zweiten Antriebseinrichtung (4,5) berücksichtigt werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radindividuellen Traktionsgrenzen mittels Sensoren ermittelt werden, insbesondere mittels radindividueller Sensoren (13) einer Fahrstabilitätssicherungseinrichtung des Kraftfahrzeugs. Vorrichtung zum Betreiben eines Antriebsstrangs, gekennzeichnet durch ein speziell hergerichtetes Steuergerät (10), das dazu ausgebildet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das Verfahren mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
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