WO2022128835A1 - Verfahren zum aufteilen eines angeforderten drehmoments zum antreiben eines fahrzeugs mit rädern - Google Patents

Verfahren zum aufteilen eines angeforderten drehmoments zum antreiben eines fahrzeugs mit rädern Download PDF

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WO2022128835A1
WO2022128835A1 PCT/EP2021/085346 EP2021085346W WO2022128835A1 WO 2022128835 A1 WO2022128835 A1 WO 2022128835A1 EP 2021085346 W EP2021085346 W EP 2021085346W WO 2022128835 A1 WO2022128835 A1 WO 2022128835A1
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subset
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PCT/EP2021/085346
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Dirk Patrick Hofmann-Mees
Nicolai ALBRECHT
Holger Roegl
Juergen Hoenings
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method for splitting a requested torque for driving a vehicle with wheels, as well as a computing unit and a computer program for carrying it out.
  • hybrid vehicles different types of drive units can be used, e.g. combustion engines and electric motors.
  • an internal combustion engine can be used as a drive unit to drive one of two axles of the vehicle, while an electric machine can be used as a drive unit to drive (or, in the case of recuperation, also to brake) the other axle.
  • the electric machine can be used to optimize energy consumption.
  • an operating strategy can be used in software functions to calculate how the driver's desired torque should be divided between the internal combustion engine and the electric machine. It can be assumed that in hybrid operation of the vehicle, the greater part of the required torque is provided by the internal combustion engine.
  • the invention deals with vehicles with wheels, in which several wheel subsets, each with at least one wheel, can be driven independently of one another to transmit driving force to a surface.
  • the independent drive is achieved by means of different prime movers, which can be prime movers of different types or multiple prime movers of the same type.
  • at least one of the multiple wheel subsets can be driven by an internal combustion engine and at least one other of the multiple wheel subsets can be driven by at least one electric machine. It is also advantageous that at least two of the plurality of wheel subsets can each be driven by means of at least one electrical machine.
  • At least one of the plurality of wheel subsets may have two wheels belonging to the same vehicle axle.
  • a vehicle can be, for example, a hybrid vehicle already mentioned at the outset, for example with a P4 topology, in which case one subset of wheels comprises two wheels on one axle and another subset of wheels comprises two wheels on the other axle.
  • Each axle can be driven directly, but the wheels can also be driven separately.
  • the invention further relates to apportioning a requested torque for driving the vehicle.
  • a torque requested by a driver can be divided between the multiple drivable axles or generally the multiple drivable wheel subsets. Due to the property that both axles or wheel subsets are independent of However, to be able to drive nander, such a vehicle offers additional potential that has not been used in a targeted manner, as has been shown.
  • one or more wheels of a driven wheel subset can exceed the traction limit due to the effective drive torque and spin.
  • the vehicle behavior becomes potentially unstable, since a spinning wheel cannot transfer any forces to the lateral stability of the vehicle.
  • ASR traction control
  • ABS anti-lock braking system
  • an executing computing unit such as an engine or drive control unit. It is determined that at least one wheel of one of the plurality of wheel subsets is beginning to spin or is already spinning. There are various preferred options for this, which will be explained in more detail later.
  • a limit torque is determined for each of the several wheel subsets, which corresponds to a maximum drive force that can be transmitted via the respective wheel subset, at which no wheel of the respective wheel subset spins. Based on this, the requested torque is then divided among the several wheel subsets determined in such a way that none of the multiple wheel subsets is more than the respective limit torque. The split of the requested torque determined in this way is then implemented or caused to be implemented. This can be done, for example, by appropriate control signals to the drive units and/or a gear.
  • Determining the distribution of the requested torque over the multiple wheel subsets therefore preferably includes reducing a torque assigned to the wheel subset with the spinning wheel by a differential torque at least up to the limit torque of this wheel subset, and increasing a torque assigned to at least one of the other wheel subsets by the Differential torque, but preferably per wheel subset at most up to the respective limit torque. This also includes the case where only one subset of wheels (the one with the spinning wheel) was previously assigned a torque, but not others.
  • the respective limit torque is determined in particular on the basis of an effective normal force on the respective wheel subset (e.g. axle), a dynamic wheel radius and a coefficient of adhesion between the wheels and the ground or roadway, which is determined at a point in time before, in particular immediately before, the spin or the incipient spinning of the at least one wheel is present, determined.
  • the coefficient of adhesion is preferably based on the at this point in time (i.e. the point in time before the detection of the Spin) determined via the respective subset of wheels maximum transferrable drive force and the effective normal force on the respective subset of wheels.
  • the dynamic wheel radius (or wheel radius) corresponds to an effective radius of the wheel during driving. This is obtained by rolling a wheel once completely (360° rotation) on the road and measuring the distance covered. This distance corresponds to the rolling circumference. This allows the dynamic wheel radius to be calculated by dividing the rolling circumference by two Pi (the background here is that the wheel radius is not the same everywhere due to the load on the wheel).
  • the driving force that can be transferred to the road via a wheel or a subset of wheels is determined by the coefficient of adhesion and the normal force currently acting on the wheel or subset of wheels, i.e. the force acting perpendicularly to the road.
  • the current or effective normal force results from the weight of the vehicle, proportionately for the wheel subset in question, and possibly a current incline of the roadway or a moment on the wheels, which results from an acceleration of the vehicle that affects the center of gravity of the vehicle acts and thus causes the vehicle to tilt (be it longitudinally or laterally).
  • the coefficient of adhesion it must be ensured that the value used applies at a point in time when the straight wheel is not (yet) spinning.
  • a dead time element can be used for this purpose, with which the coefficient of adhesion is passed on with a delay or which delays the force/torque values used to calculate the coefficient of adhesion.
  • the goal is to use the to use values that were present at a point in time (t-dead time). This is intended to ensure that the point in time immediately before the traction limit is exceeded is reflected in the calculation of the coefficient of friction.
  • the point in time can be a definable time (eg between 0 and 1000 ms, but in practice this usually depends on the type of detection; a fixed time or threshold or a speed-dependent time can be used) before the spin is detected lie. It goes without saying that in general there can be a delay in the transmission or even a temporary storage of the coefficient of adhesion.
  • the determination of the distribution of the requested torque over the plurality of wheel subsets is preferably carried out repeatedly or continuously according to one of the following criteria.
  • the split may be determined so long as it is determined (or determined) that at least one wheel is spinning.
  • the division can also be determined for a predetermined period of time from the first determination that at least one wheel is spinning.
  • a combination is also conceivable, such that the division is determined as long as it is determined (or ascertained) that at least one wheel is spinning and then continues for a predetermined period of time.
  • the criterion to be used can, for example, be defined for a certain type of vehicle, but it is also conceivable that it could be adjusted or selected depending on the situation, so that a flexible and optimal reaction can be made.
  • the predetermined period of time can be specified in particular according to one of the following criteria.
  • the wheel speed corresponds to the speed of the wheel, in the case of several wheels in a wheel subset, e.g. the mean value such as the arithmetic mean, conceivable is e.g. also the maximum of the wheel speeds of this wheel subset),
  • This period of time can also be specified for a specific vehicle type, for example, but it is also conceivable that it could be adjusted or selected depending on the situation, so that the response can be flexible and as optimal as possible. Ultimately, it can be achieved that a state of spinning wheels is not immediately reached again.
  • the torque that is allocated to the wheel subsets or axles for conversion can be or can be additionally limited by an ASR system if an existing ASR system is required and available. In such a constellation, the limitation by the ASR system would be active, for example, until the wheel or wheels no longer spin. It is then also conceivable that as part of the torque limitation by the ASR system, the proposed adjustment of the distribution is suspended and meanwhile, for example, another type of redistribution of the torque to the wheel subsets or axles takes place, for example to further stabilize the driving situation. After a certain time, you can then, for example, return to the proposed solution.
  • the function improves the overall propulsion of the vehicle and at the same time reduces the need for stabilizing interventions (e.g. by the ASR). Since the intervention reacts as required to the situation of spinning wheels and at the level of the necessary torque limitation, an energy-optimal intervention can be shown in the example of axle hybrids: The torque is only redistributed at the level at which it is necessary to overcome the situation of spinning wheels and Provision of propulsion is necessary.
  • the limit torque can be determined in various preferred ways. For example, information about the maximum force that can be transmitted via the respective wheel subset can be obtained or received (eg from an executing computing unit). This information can, for example, Include value of the maximum force that can be transmitted via the respective wheel subset or also a value of the limit torque.
  • the limit torque is thus determined externally here, for example by another computing unit (for example in an ASR system).
  • information for determining an effective normal force on the respective subset of wheels and/or information for a dynamic wheel radius and/or information for a coefficient of friction between the wheels and the roadway and/or information for determining the coefficient of friction can also be received (e.g. from an executing computing unit).
  • the limit torque is thus determined internally (in the executing processing unit) from the received values.
  • the information received or read in can then include, for example, sensor data or signals from other computing units.
  • the spinning of the at least one wheel of one of the several wheel subsets is preferably determined if a wheel speed of this one wheel subset deviates more than a threshold value from an associated reference value, the associated reference value preferably being determined from a wheel speed of at least one of the other wheel subsets.
  • the wheel speed then corresponds to the speed of the wheel; in the case of several wheels in a subset of wheels, on the other hand, it preferably corresponds to a mean value, e.g. the arithmetic mean.
  • the spinning of the at least one wheel of one of the several wheel subsets can be determined if a slip of the at least one wheel or an average slip of this one wheel subset deviates from an associated reference value, with the slip or the average slip preferably using a wheel speed of the at least one wheel or of this one wheel subset and a speed of the vehicle determined independently of this wheel speed (eg via GPS).
  • a slip of the at least one wheel or an average slip of this one wheel subset deviates from an associated reference value
  • the slip or the average slip preferably using a wheel speed of the at least one wheel or of this one wheel subset and a speed of the vehicle determined independently of this wheel speed (eg via GPS).
  • the Slip is a dimensionless description of wheel speed related to vehicle speed.
  • Determining the limit torque preferably includes obtaining information that the at least one wheel is spinning, or obtaining information about wheel speed values and/or information about a speed of the vehicle.
  • wheel spin can be determined externally or internally (e.g. in an executing processing unit).
  • a computing unit according to the invention e.g. a control unit of a motor vehicle, is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention.
  • Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, magnetic, optical and electrical memories, such as hard drives, flash memories, EEPROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
  • FIG. 1 schematically shows a vehicle in which a method according to the invention can be carried out.
  • FIGS. 2 and 3 schematically show a sequence of a method according to the invention in a preferred embodiment.
  • FIG. 4 schematically shows a diagram of the adhesion coefficient to explain the invention.
  • FIG. 1 shows a vehicle 100 in which a method according to the invention can be carried out.
  • the vehicle 100 has, for example, four wheels 112, 114, 122, 124, which are assigned to two axles or vehicle axles 110, 120.
  • the wheels 112 and 114 form a wheel subset, as do the wheels 122 and 124.
  • the two axles 110, 120 and the corresponding wheel subsets 112, 114 and 122, 124 can be driven independently of one another.
  • the invention can also be used with more than two axles, i.e. three or more axles that can be driven independently of one another (e.g. in trucks or the like).
  • an internal combustion engine 130 is provided as a drive unit for the axle 110 , which is supplied with fuel via a tank 136 and which is connected to a differential 116 of the axle 110 via a clutch 132 and a transmission 134 .
  • An electric machine 140 is provided as a drive unit for axle 120 , which is supplied with electrical energy or controlled via a battery 144 and an inverter 142 and is connected to a differential 126 of axle 120 .
  • a computing unit 150 embodied as a control unit is provided, which is used, for example, to control internal combustion engine 130 and electric machine 140 and thus, in particular, to correspondingly implement a requested torque.
  • the vehicle 100 shown thus has a so-called P4 topology by way of example.
  • This is characterized by the fact that the two drive units, the two Axles 110, 120 of the vehicle can mechanically drive independently.
  • This represents a typical implementation of a hybrid vehicle in which, for example, an electrified rear axle (axle 120) and a front axle (axle 110) driven by an internal combustion engine are provided.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment in which in a block 200 an excess torque (i.e. a proportion of torque that exceeds a value that can be transmitted to the ground) from the front axle (index VA) as the first partial wheel quantity to the rear axle (index HA) is transmitted as the second wheel subset.
  • FIG. 2 shows how a requested torque MA—this can be requested, for example, by a driver or a driver assistance system—to a value between an upper limit torque Mc,max, A for the front axle and a lower limit torque Mc. min.vA for the front axle is limited.
  • the upper limit torque corresponds to a maximum drive force that can be transmitted via the respective subset of wheels, at which no wheel of the respective subset of wheels spins.
  • the lower limit torque can be provided, for example, to prevent wheels from locking, but is no longer relevant when the vehicle is accelerating (positive drive torque).
  • the lower limit torque means an inverted upper limit torque.
  • the coefficient of adhesion works both when accelerating and when braking (neg. torque, recuperation with an electric machine).
  • a target torque M SO H,VA can be obtained that corresponds to a portion of the requested torque MA that is to be implemented on the front axle. This is also fed to a subtraction from the desired torque MA in order to calculate the surplus M'SOII.HA ZU to be distributed to the rear axle HA.
  • the two target torques can then be converted according to step 210, i.e. transmitted to the drive units as target values.
  • FIG. 3 now shows how these two (upper) limit torques MG,max,vA for the front axle and MG,max,HA for the rear axle can be determined.
  • these limit torques correspond to those driving forces that can be transmitted to the roadway or the ground at the maximum on the relevant axle.
  • the proposed method includes determining a state of spinning wheels, e.g. using the difference An of the mean values from the wheel speeds (left/right) of the front axle nvA and rear axle HHA. These mean values can be determined, for example, in a block 300 from the individual wheel speeds—denoted here by ni.
  • This difference An is also referred to below as the axle speed difference.
  • This detection or this determination 300 activates the calculation of the currently maximum transmissible torque on the axle with the spinning wheel/wheels.
  • the calculation of the maximum transferable torque requires the calculation of the maximum effective coefficient of adhesion between the wheels and the road.
  • it is checked in an (optional) block 312, for example, whether a current speed is below a threshold VA.
  • a threshold VA For example, it may be desirable to redistribute torque only in a low speed range, e.g., because wheel spin is not normally expected at high speeds.
  • FIG. 4 shows a schematic diagram of the coefficient of adhesion p to explain the invention. This shows the relationship between the slip s of the tire or wheel and the coefficient of adhesion p, which is achieved during power transmission.
  • a slip of 0% describes a rolling, non-driven wheel, while a slip of 100% means a spinning wheel when the vehicle is stationary describes. In principle, there is always slip in a driven wheel.
  • the curve i applies to dry asphalt, the curve V2 to wet asphalt and the curve V3 to loose ground such as gravel.
  • the curves for solid road surfaces (Vi, V2) each have a clear maximum (at just over 20% slip) and show a reduction in the coefficient of adhesion with increasing slip.
  • the state of the maximum mentioned here should ultimately be “captured” by using the occurrence of the axle speed difference as a signal.
  • the proposed method aims to determine the coefficient of adhesion p by changing the following relationship of the maximum transferrable driving force Fmax through friction between the tires or wheels and the road.
  • F max is the maximum transferrable drive force
  • Fz is the normal force acting between the tire or wheel and the road surface.
  • the aim is to calculate the driving force and the normal force immediately before the axle speed difference occurs on the axle whose wheels are spinning due to the driving torque.
  • the calculation of the coefficient of adhesion p is then as follows: .. > max
  • the current drive force FAntr can be calculated from the drive torque /ntr at the wheel via the radius of the tire - the dynamic wheel radius rd yn is used here.
  • the drive torque / ntr is typically already modeled or calculated within the drive software.
  • the drive torque /ntr is divided into a portion Mwheel , which results in a driving force, and a further portion Mro t, which is used for the rotary acceleration of the components of the drive train.
  • the latter can be determined mathematically, see also block 340. To do this, it is necessary to determine the angular acceleration dco/dt of the wheels and to know the mass moments of inertia Jrot of the drive train.
  • the portion M ro t of the drive torque that is used for the rotational acceleration of the components of the drive train can be calculated as follows. ebskraft FAntr then results as follows:
  • the normal force Fz is variable due to the longitudinal acceleration of the vehicle and the incline of the road, so it can be divided into a static part z.stat (e.g. weight part, in particular static wheel load from weight distribution and incline of the road) and a variable (particularly acceleration-dependent) part A z It can be divided up, cf. block 330. It can be calculated using vehicle parameters and vehicle state variables, denoted here generally by P, and the current longitudinal acceleration a, which also includes a possible roadway incline.
  • z.stat e.g. weight part, in particular static wheel load from weight distribution and incline of the road
  • a z variable (particularly acceleration-dependent) part A z It can be divided up, cf. block 330. It can be calculated using vehicle parameters and vehicle state variables, denoted here generally by P, and the current longitudinal acceleration a, which also includes a possible roadway incline.
  • the incline angle of the road influences the proportion of the weight force acting in the direction of the normal force of the wheels.
  • the gradient angle results in a force component of the weight force, which acts in the longitudinal direction of the vehicle due to the gradient. This changes the distribution of weight between the front and rear axles.
  • the third influence results from longitudinal acceleration (braking/driving), which leads to a dynamic change in the distribution of weight between the front and rear axles. To put it simply, this causes the vehicle to become lighter at the front and heavier at the rear (i.e. pitch backwards) with positive acceleration. The reverse is the case with negative acceleration, in which case the vehicle pitches forward. This is triggered by a lever arm between the center of gravity and the road (with height h). This creates a moment that causes the vehicle to pitch either forward or backward. Longitudinal acceleration can be caused by an incline or by propulsion with one of the prime movers (corresponds to the derivative of the vehicle speed). This can also be seen from the following formula.
  • the signals of the driving force and the normal force are delayed in the function by dead time elements 350, 352, 354.
  • the dead time typically depends on several of several factors, eg the time delay between measurement of the wheel speeds and reception in the control unit.
  • the wheel speeds are usually also filtered somewhat, which means an additional delay.
  • There is also a delay because the state of spinning wheels can only be reliably detected when the axle speed difference exceeds a sufficiently high threshold value (to avoid false alarms).
  • a typical range of values would be between 0 and 500 ms, for example.
  • the coefficient of adhesion p is calculated as the quotient of the delayed driving force and the delayed normal force.
  • the limit torques for the front and rear axles can then be determined from the calculated coefficient of adhesion p, the normal force that is currently occurring and the dynamic radius rd yn . It is assumed here that the coefficient of adhesion p determined on the basis of the spinning wheels also acts for at least a short time on the wheels that are not spinning and also when the normal axle forces have changed. This assumption can definitely be made for regular journeys and vehicle and road conditions.
  • the calculated coefficient of adhesion results in a limit torque for both axles, especially for the one that is not spinning.
  • slip could be used as an input variable for triggering the function, as already mentioned at the beginning.
  • Slip is a dimensionless description of wheel speed related to vehicle speed.
  • a speed-independent slip threshold could be used to detect wheel spin.
  • the use of the slip as an input value usually requires that a plausible speed signal is available, which is calculated from a source other than the wheel speeds. If this possibility does not exist, the Threshold of the axle speed difference for the detection of spinning wheels are implemented with a speed dependency.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufteilen eines angeforderten Drehmoments zum Antreiben eines Fahrzeugs mit Rädern, wobei mehrere Radteilmengen mit jeweils wenigstens einem Rad zum Übertragen von Antriebskraft auf einen Untergrund unabhängig voneinander antreibbar sind, mit den folgenden Schritten: Bestimmen (300), dass wenigstens ein Rad einer der mehreren Radteilmengen durchzudrehen beginnt, Bestimmen (320), für jede der mehreren Radteilmengen, eines Grenz-Drehmoments (MG,max,VA, MG,max,HA), das einer maximal über die jeweilige Radteilmenge übertragbaren Antriebskraft entspricht, bei der kein Rad der jeweiligen Radteilmenge durchdreht, Bestimmen einer Aufteilung des angeforderten Drehmoments (MA) auf die mehreren Radteilmengen so, dass an keiner der mehreren Radteilmengen mehr als das jeweilige Grenz- Drehmoment (MG,max,VA, MG,max,HA) anliegt, und Veranlassen einer Umsetzung der bestimmten Aufteilung.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Aufteilen eines angeforderten Drehmoments zum Antreiben eines Fahrzeugs mit Rädern
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufteilen eines angeforderten Drehmoments zum Antreiben eines Fahrzeugs mit Rädern sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
Hintergrund der Erfindung
Bei sog. Hybrid-Fahrzeugen können verschiedenartige Antriebseinheiten verwendet werden, z.B. Verbrennungs- und Elektromotor. Bei der sog. P4-Topologie kann z.B. eine Brennkraftmaschine als Antriebseinheit zum Antrieb einer von zwei Achsen des Fahrzeugs verwendet werden, eine elektrische Maschine als Antriebseinheit hingegen zum Antrieb (oder bei Rekuperation auch zum Bremsen) der anderen Achse. Bei dieser Topologie kann die elektrische Maschine zur Optimierung des Energieverbrauchs eingesetzt werden. Dabei kann z.B. in Softwarefunktionen durch eine Betriebsstrategie berechnet werden, wie der Drehmomentwunsch des Fahrers auf die Brennkraftmaschine und die elektrische Maschine aufgeteilt werden soll. Dabei ist anzunehmen, dass im hybriden Betrieb des Fahrzeugs der größere Anteil des angeforderten Drehmoments durch die Brennkraftmaschine bereitgestellt wird.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Aufteilen eines angeforderten Drehmoments zum Antreiben eines Fahrzeugs mit Rädern sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung beschäftigt sich mit Fahrzeugen mit Rädern, bei denen mehrere Radteilmengen mit jeweils wenigstens einem Rad zum Übertragen von Antriebskraft auf einen Untergrund unabhängig voneinander antreibbar sind. Der unabhängige Antrieb wird mittels unterschiedlicher Antriebsmaschinen erreicht, bei denen es sich um Antriebsmaschinen unterschiedlichen Typs oder auch um mehrere Antriebsmaschinen desselben Typs handeln kann. Beispielsweise kann wenigstens eine der mehreren Radteilmengen mittels einer Brennkraftmaschine und wenigstens eine andere der mehreren Radteilmengen mittels wenigstens einer elektrischen Maschine antreibbar sein. Vorteilhaft ist ebenfalls, dass wenigstens zwei der mehreren Radteilmengen jeweils mittels wenigstens einer elektrischen Maschine antreibbar sind.
Allgemein kann bei dem Fahrzeug wenigstens eine der mehreren Radteilmengen zwei Räder, die zur selben Fahrzeugachse gehören, aufweisen. Bei einem solchen Fahrzeug kann es sich z.B. um ein eingangs schon erwähntes Hybrid- Fahrzeug, beispielsweise mit P4-Topologie handeln, wobei dann eine Radteilmenge zwei Räder einer Achse umfasst, eine andere Radteilmenge zwei Räder der anderen Achse. Jeweils eine Achse kann direkt angetrieben sein, es können aber auch die Räder separat angetrieben sein.
Auch wenn die Erfindung nachfolgend vorwiegend mit Bezug auf ein Fahrzeug mit P4-Topologie beschrieben wird, so gelten die Ausführungen entsprechend allgemein für Fahrzeuge wie vorstehend genannt.
Weiter betrifft die Erfindung bei solchen Fahrzeugen ein Aufteilen eines angeforderten Drehmoments zum Antreiben des Fahrzeugs. Wie schon erwähnt, kann ein von einem Fahrer - oder auch anderweitig, z.B. von einem Fahrassistenzsystem - angefordertes Drehmoment auf die mehreren antreibbaren Achsen oder allgemein die mehreren antreibbaren Radteilmengen, aufgeteilt werden. Aufgrund der Eigenschaft, beide Achsen bzw. Radteilmengen unabhängig vonei- nander antreiben zu können, bietet ein solches Fahrzeug jedoch zusätzliches Potential, das bisher nicht gezielt genutzt worden ist, wie sich gezeigt hat.
Auf einer Fahrbahn bzw. einem Untergrund mit niedrigem Reibwert (bzw. Kraftschlussbeiwert) und/oder bei zu hohen Antriebsdrehmomenten können ein oder mehrere Räder einer angetriebenen Radteilmenge (z.B. Achse) durch das wirkende Antriebsdrehmoment die Traktionsgrenze überschreiten und durchdrehen. Dadurch wird nicht der gesamte Fahrerwunsch in Vortrieb umgesetzt. Gleichzeitig wird das Fahrzeugverhalten potentiell instabil, da ein durchdrehendes Rad keine Kräfte zur Seitenführung des Fahrzeugs übertragen kann. Aus diesem Grund existieren Systeme wie die Antriebsschlupfregelung (ASR) oder für den Fall des Bremsens das Antiblockiersystem (ABS). Im Fall durchdrehender Räder würde ein Eingriff des ASR dazu führen, dass das Drehmoment am durchdrehenden Rad verringert wird, um den Fahrzustand zu stabilisieren. Dabei wird jedoch in den Drehmomentwunsch des Fahrers verringernd eingegriffen, der Vortrieb des Fahrzeugs wird also verringert.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird nun vorgeschlagen, durch gezieltes Aufteilen des angeforderten Drehmoments auf die mehreren, unabhängig voneinander antreibbaren Radteilmengen (z.B. Achsen) die Situation eines durchdrehenden Rades zu beenden, das angeforderte Drehmoment aber trotzdem soweit als möglich umzusetzen. Es versteht sich, dass ein solches Aufteilen des angeforderten Drehmoments auch ein Anpassen bzw. Verändern einer bereits bestehenden Aufteilung umfasst.
Hierzu werden folgenden Schritte durchgeführt, z.B. durch eine ausführende Recheneinheit wie ein Motor- oder Antriebssteuergerät. Es wird bestimmt, dass wenigstens ein Rad einer der mehreren Radteilmengen durchzudrehen beginnt oder ggf. auch schon durchdreht. Hierzu gibt es verschiedene bevorzugte Möglichkeiten, die später noch näher erläutert werden sollen. Weiterhin wird für jede der mehreren Radteilmengen ein Grenz-Drehmoment bestimmt, das einer maximal über die jeweilige Radteilmenge übertragbaren Antriebskraft entspricht, bei der kein Rad der jeweiligen Radteilmenge durchdreht. Basierend darauf wird dann eine Aufteilung des angeforderten Drehmoments auf die mehreren Radteilmen- gen bestimmt, und zwar so, dass an keiner der mehreren Radteilmengen mehr als das jeweilige Grenz-Drehmoment anliegt. Die auf diese Weise bestimmte Aufteilung des angeforderten Drehmoments wird dann umgesetzt bzw. es wird veranlasst, dass sie umgesetzt wird. Dies kann z.B. durch entsprechende Ansteuersignale an die Antriebseinheiten und/oder ein Getriebe erfolgen.
Auf diese Weise wird vorteilhaft ein Zustand eines durchdrehenden Rads behoben, das angeforderte Drehmoment aber trotzdem soweit als möglich umgesetzt, und zwar dadurch, dass das Drehmoment für die Radteilmenge, bei der das Rad durchdreht, reduziert wird, dafür aber für eine andere Radteilmenge erhöht wird. Das Bestimmen der Aufteilung des angeforderten Drehmoments auf die mehreren Radteilmengen umfasst also bevorzugt ein Reduzieren eines der Radteilmenge mit dem durchdrehenden Rad zugewiesenen Drehmoments um ein Differenzmoment wenigstens bis zum Grenz-Drehmoment dieser Radteilmenge, und ein Erhöhen eines wenigstens einer der anderen Radteilmengen zugewiesenen Drehmoments um das Differenzmoment, vorzugsweise aber je Radteilmenge höchstens bis zum jeweiligen Grenz-Drehmoment. Dies umfasst auch den Fall, dass zuvor überhaupt nur einer Radteilmenge (der mit dem durchdrehenden Rad) ein Drehmoment zugewiesen war, anderen aber nicht.
An dieser Stelle sei auch angemerkt, dass durch die Aufteilung des angeforderten Drehmoments derart, dass an keiner der Radteilmengen das Grenz- Drehmoment überschritten wird, der Zustand durchdrehender Räder sicher behoben wird. Damit kann unter Umständen zwar einhergehen, dass insgesamt nicht das volle, angeforderte Drehmoment auch wirklich umgesetzt werden kann; dieser Fall wird aber soweit als möglich begrenzt.
Das jeweilige Grenz-Drehmoment wird insbesondere anhand einer effektiven Normalkraft auf die jeweilige Radteilmenge (z.B. Achse), eines dynamischen Radradius und eines Kraftschlussbeiwerts zwischen Rädern und Untergrund bzw. Fahrbahn, welcher zu einem Zeitpunkt vor, insbesondere unmittelbar vor, Erkennen des Durchdrehens bzw. des beginnenden Durchdrehens des wenigstens einen Rads vorhanden ist, bestimmt. Der Kraftschlussbeiwert wird bevorzugt basierend auf der zu diesem Zeitpunkt (also dem Zeitpunkt vor Erkennen des Durchdrehens) über die jeweilige Radteilmenge maximal übertragbaren Antriebskraft und der effektiven Normalkraft auf die jeweilige Radteilmenge bestimmt. Der dynamische Radradius (oder Radhalbmesser) entspricht einem effektiven Radius des Rads während des Fahrens. Dieser ergibt sich, indem ein Rad einmal komplett (Drehung um 360°) auf der Fahrbahn abgerollt und die zurückgelegte Strecke gemessen wird. Diese Strecke entspricht dem Abrollumfang. Damit kann der dynamische Radradius berechnet werden, indem der Abrollumfang durch zwei Pi geteilt wird (Hintergrund ist hier, dass der Radradius aufgrund der Belastung des Rads nicht überall gleich ist).
Der hierbei zugrundeliegende Gedanke ist, dass die Antriebskraft, die über ein Rad oder eine Radteilmenge auf die Fahrbahn übertragen werden kann, vom Kraftschlussbeiwert und der aktuell auf das Rad bzw. die Radteilmenge wirkenden Normalkraft, also der senkrecht zur Fahrbahn wirkenden Kraft, bestimmt ist. Die aktuelle oder effektive Normalkraft ergibt sich dabei aus der Gewichtskraft des Fahrzeugs, anteilig für die betreffende Radteilmenge, sowie ggf. einer aktuellen Steigung der Fahrbahn oder auch einem Moment auf die Räder, das aus einer Beschleunigung des Fahrzeugs resultiert, die auf den Schwerpunkt des Fahrzeugs wirkt und damit ein das Fahrzeug kippendes Moment verursacht (sei es längs oder seitlich). Bei dem Kraftschlussbeiwert ist darauf zu achten, dass dessen verwendeter Wert zu einem Zeitpunkt gilt, zu dem das Radgerade (noch) nicht durchdreht. Dann ist nämlich davon auszugehen, dass der Kraftschlussbeiwert für die aktuelle Kombination aus Rad und Fahrbahn maximal ist. Für eine nähere Erläuterung hierzu sei auch auf die Figurenbeschreibung verweisen, insbesondere die Darstellung des Kraftschlussbeiwerts als Funktion des Schlupfs.
Hierbei ist auch zu berücksichtigen, dass auf diese Weise ein Kraftschlussbeiwert von einem Zeitpunkt benötigt wird, der vor demjenigen Zeitpunkt liegt, zu dem das Rad durchdreht bzw. durchzudrehen beginnt und die Anpassung der Aufteilung des angeforderten Drehmoments erfolgt. Hierzu kann z.B. ein Totzeitglied verwendet werden, mit dem der Kraftschlussbeiwert verzögert weitergeben wird oder das die zur Berechnung des Kraftschlussbeiwerts verwendeten Kraft-/ Drehmomentwerte verzögert. Das Ziel besteht darin, bei Detektion durchdrehender Räder (zum Zeitpunkt t) zur Berechnung des Kraftschlussbeiwertes diejeni- gen Werte zu verwenden, die zu einem Zeitpunkt (t-Totzeit) vorlagen. Dadurch soll erreicht werden, dass der Zeitpunkt unmittelbar vor Überschreiten der Traktionsgrenze in der Berechnung des Reibwerts abgebildet wird. Der Zeitpunkt kann insbesondere eine vorgebbare Zeit (z.B. zwischen 0 und 1000 ms, dies hängt aber in der Praxis meist von der Art der Detektion ab; es kann eine feste Zeit bzw. Schwelle oder auch eine geschwindigkeitsabhängige Zeit verwendet werden) vor dem Erkennen des Durchdrehens liegen. Es versteht sich, dass allgemein eine Verzögerung der Weitergabe oder auch ein Zwischenspeichern des Kraftschlussbeiwerts erfolgen kann.
Das Bestimmen der Aufteilung des angeforderten Drehmoments auf die mehreren Radteilmengen erfolgt bevorzugt wiederholt oder kontinuierlich gemäß einem der folgenden Kriterien. Die Aufteilung kann bestimmt werden, solange bestimmt (oder festgestellt) wird, dass wenigstens ein Rad durchdreht. Die Aufteilung kann aber auch für eine vorbestimmte Zeitdauer ab erstmaligem Bestimmen, dass wenigstens ein Rad durchdreht, bestimmt werden. Denkbar ist auch eine Kombination, sodass die Aufteilung bestimmt wird, solange bestimmt (bzw. festgestellt) wird, dass wenigstens ein Rad durchdreht, und anschließend weiterhin für eine vorbestimmte Zeitdauer. Das zu verwendende Kriterium kann z.B. für einen bestimmten Fahrzeugtyp festgelegt werden, denkbar ist aber auch eine Anpassung oder Wahl je nach Situation, sodass flexibel und möglichst optimal reagiert werden kann.
Die vorbestimmte Zeitdauer kann insbesondere gemäß einem der folgenden Kriterien vorgegeben werden.
- als fester Wert,
- in Abhängigkeit von einer Raddrehzahl der Radteilmenge, bei der das Rad durchdreht bzw. durchzudrehen beginnt (bei einer Radteilmenge mit nur einem Rad entspricht die Raddrehzahl der Drehzahl des Rads, bei mehreren Rädern einer Radteilmenge z.B. dem Mittelwert wie dem arithmetischen Mittelwert, denkbar ist z.B. auch das Maximum der Raddrehzahlen dieser Radteilmenge),
- in Abhängigkeit von dem Grenz-Drehmoment der Radteilmenge, bei der das Rad durchdreht, oder - in Abhängigkeit von einer Historie erfolgter Anpassungen der aktuellen Aufteilung (beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Aufteilung umso länger angepasst wird, je mehr Eingriffe in einem bestimmten Zeitraum der Vergangenheit vorgenommen wurden).
Auch diese Zeitdauer kann z.B. für einen bestimmten Fahrzeugtyp festgelegt werden, denkbar ist aber auch hier eine Anpassung oder Wahl je nach Situation, sodass flexibel und möglichst optimal reagiert werden kann. Letztlich kann damit erreicht werden, dass nicht sofort wieder ein Zustand durchdrehender Räder erreicht wird.
Es soll weiterhin angemerkt sein, dass auch in der hier beschriebenen Lösung das Drehmoment, das den Radteilmengen bzw. Achsen zum Umsetzen zugeteilt wird, bei Bedarf und Verfügbarkeit eines vorhanden ASR-Systems zusätzlich durch ein ASR-System begrenzt sein bzw. werden kann. In einer solchen Konstellation wäre die Begrenzung durch das ASR-System z.B. aktiv, bis das bzw. die Räder nicht mehr durchdrehen. Denkbar ist dann auch, dass im Rahmen der Begrenzung des Drehmoments durch das ASR-System die vorgeschlagene Anpassung der Aufteilung ausgesetzt wird und währenddessen z.B. eine andere Art der Umverteilung des Drehmoments auf die Radteilmengen bzw. Achsen erfolgt, um z.B. die Fahrsituation weiter zu stabilisieren. Nach einer bestimmten Zeit kann dann z.B. wieder zur vorgeschlagenen Lösung zurückgekehrt werden.
Durch die Funktion wird insgesamt der Vortrieb des Fahrzeugs verbessert und gleichzeitig die Notwendigkeit stabilisierender Eingriffe (z.B. durch das ASR) verringert. Da der Eingriff bedarfsgerecht auf die Situation durchdrehender Räder und in Höhe der notwendigen Begrenzung des Drehmoments reagiert, kann im Beispiel von Achshybriden ein energieoptimaler Eingriff dargestellt werden: Es wird das Moment nur in der Höhe umverteilt, in der es zur Überwindung der Situation durchdrehender Räder und Bereitstellung des Vortriebs notwendig ist.
Das Bestimmen des Grenz-Drehmoments kann auf verschiedene bevorzugte Weisen erfolgen. Beispielsweise kann (z.B. von einer ausführenden Recheneinheit) eine Information zur maximal über die jeweilige Radteilmenge übertragbaren Kraft erhalten bzw. empfangen werden. Diese Information kann z.B. einen Wert der maximal über die jeweilige Radteilmenge übertragbaren Kraft umfassen oder auch einen Wert des Grenz-Drehmoments. Das Grenz-Drehmoment wird hier also extern bestimmt, z.B. von einer anderen Recheneinheit (z.B. in einem ASR-System). Ebenso können aber (z.B. von einer ausführenden Recheneinheit) Informationen zum Bestimmen einer effektiven Normalkraft auf die jeweilige Radteilmenge und/oder Informationen zu einem dynamischen Radradius und/oder Informationen zu einem Reibungskoeffizienten zwischen Rädern und Fahrbahn und/oder Informationen zum Bestimmen des Reibungskoeffizienten empfangen werden. Hierbei wird das Grenz-Drehmoment also aus den empfangenen Werten intern (in der ausführenden Recheneinheit) bestimmt. Die empfangenen bzw. eingelesenen Informationen können dann z.B. Sensordaten oder Signale anderer Recheneinheiten umfassen.
Das Durchdrehen des wenigstens eines Rads der einen der mehreren Radteilmengen wird bevorzugt bestimmt, wenn eine Raddrehzahl dieser einen Radteilmenge mehr als einen Schwellwert von einem zugehörigen Referenzwert abweicht, wobei der zugehörige Referenzwert vorzugsweise aus einer Raddrehzahl wenigstens einer der anderen Radteilmengen bestimmt wird. Bei einer Radteilmenge mit nur einem Rad entspricht die Raddrehzahl dann der Drehzahl des Rads, bei mehreren Rädern einer Radteilmenge hingegen bevorzugt einem Mittelwert, z.B. dem arithmetischen Mittelwert. Sobald eine signifikante Drehzahldifferenz zwischen Radteilmengen (z.B. zwischen Vorder- und Hinterachse) entsteht, kann erfahrungsgemäß bei antreibenden Fahrzuständen als gesichert angenommen werden, dass die schneller rotierenden Räder die Traktionsgrenze zwischen Reifen und Fahrbahn überschritten haben.
Ebenso kann aber das Durchdrehen des wenigstens eines Rads der einen der mehreren Radteilmengen bestimmt werden, wenn ein Schlupf des wenigstens eines Rads oder ein mittlerer Schlupf dieser einen Radteilmenge von einem zugehörigen Referenzwert abweicht, wobei der Schlupf bzw. der mittlere Schlupf vorzugsweise unter Verwendung einer Raddrehzahl des wenigstens einen Rads bzw. dieser einen Radteilmenge und einer unabhängig von dieser Raddrehzahl (z.B. über GPS) ermittelten Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt wird. Der Schlupf ist eine dimensionslose Beschreibung der Raddrehzahl bezogen auf die Fahrzeuggeschwindigkeit.
Das Bestimmen des Grenz-Drehmoments umfasst bevorzugt das Erhalten einer Information, dass das wenigstens eine Rad durchdreht, oder das Erhalten von Informationen zu Raddrehzahlwerten und/oder von Informationen zu einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Wie auch beim Grenz-Drehmoment kann das Durchdrehen des Rads extern oder intern (in z.B. einer ausführenden Recheneinheit) bestimmt werden.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Figur 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug, bei dem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist.
Figuren 2 und 3 zeigen schematisch einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.
Figur 4 zeigt schematisch ein Diagramm zum Kraftschlussbeiwert zur Erläuterung der Erfindung.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In Figur 1 ist schematisch ein Fahrzeug 100 dargestellt, bei dem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist. Das Fahrzeug 100 weist beispielhaft vier Räder 112, 114, 122, 124 auf, die zwei Achsen bzw. Fahrzeugachsen 110, 120 zugeordnet sind. Im Sinne der Erfindung bilden damit die Räder 112 und 114 eine Radteilmenge, ebenso die Räder 122 und 124. Die beiden Achsen 110, 120 bzw. die entsprechenden Radteilmengen 112, 114 und 122, 124 sind dabei unabhängig voneinander antreibbar. Es sei jedoch betont, dass die Erfindung auch bei mehr als zwei Achsen einsetzbar ist, d.h. drei oder mehr unabhängig voneinander antreibbare Achsen (z.B. bei Lastkraftwagen o.ä.).
Hierzu ist für die Achse 110 eine Brennkraftmaschine 130 als Antriebseinheit vorgesehen, die über einen Tank 136 mit Kraftstoff versorgt wird, und die über eine Kupplung 132 und ein Getriebe 134 an ein Differential 116 der Achse 110 angebunden ist. Für die Achse 120 ist eine elektrische Maschine 140 als Antriebseinheit vorgesehen, die über eine Batterie 144 und einen Inverter 142 mit elektrischer Energie versorgt bzw. angesteuert wird und an ein Differential 126 der Achse 120 angebunden ist. Zudem ist eine als Steuergerät ausgebildete Recheneinheit 150 vorgesehen, die beispielhaft dazu dient, die Brennkraftmaschine 130 und die elektrische Maschine 140 anzusteuern und damit insbesondere auch ein angefordertes Drehmoment entsprechend umzusetzen.
Das gezeigte Fahrzeug 100 weist damit beispielhaft eine sog. P4-Topologie auf. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass die zwei Antriebseinheiten die beiden Achsen 110, 120 des Fahrzeugs mechanisch unabhängig voneinander antreiben können. Dies stellt eine typische Realisierung eines Hybridfahrzeugs dar, bei der z.B. eine elektrifizierte Hinterachse (Achse 120) und eine verbrennungsmotorisch angetriebene Vorderachse (Achse 110) vorgesehen sind.
Auf diese Variante geht die nachfolgende Beschreibung im Besonderen ein. Äquivalente Situationen sind mit anderen Antriebsarten sowie anderen Kombinatorik der Antriebsarten (z.B. Vorderachse elektrifiziert, Hinterachse verbrennungsmotorisch) denkbar, beispielsweise aber auch zwei elektrisch angetriebene Achsen oder auch ein radindividueller Antrieb. Analog kann das Verfahren auch auf eine von zwei abweichende Anzahl angetriebener Achsen angewandt werden.
In den Figuren 2 und 3 ist schematisch ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Wie schon erwähnt, soll dies am Beispiel eines Hybridfahrzeugs in P4-Topologie erfolgen, und insbesondere auch ausgehend von dem Fall, dass die anfängliche Aufteilung des angeforderten Drehmoments so ist, dass der Vorderachse 100% zugewiesen sind.
Figur 2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform, bei der in einem Block 200 ein übersteigendes Drehmoment (also ein Anteil an Drehmoment, der über einen auf den Untergrund übertragbaren Wert hinausgeht) von der Vorderachse (Index VA) als erste Radteilmenge auf die Hinterachse (Index HA) als zweite Radteilmenge übertragen wird. Hierzu ist in Figur 2 gezeigt, wie ein angefordertes Drehmoment MA - dies kann z.B. von einem Fahrer oder einem Fahrerassistenzsystem gefordert werden - auf einen Wert zwischen einem oberen Grenz-Drehmoment Mc,max, A für die Vorderachse und einem unteren Grenz-Drehmoment Mc.min.vA für die Vorderachse begrenzt wird. Das obere Grenzdrehmoment entspricht einer maximal über die jeweilige Radteilmenge übertragbaren Antriebskraft, bei der kein Rad der jeweiligen Radteilmenge durchdreht. Das untere Grenz- Drehmoment kann beispielsweise vorgesehen sein, um ein Blockieren von Rädern zu vermeiden, ist für den Fall des Beschleunigens des Fahrzeugs (positives Antriebsmoment) aber nicht weiter relevant. Rein physikalisch bedeutet das untere Grenz-Drehmoment ein invertiertes oberes Grenz-Drehmoment. Der gleiche Kraftschlussbeiwert wirkt sowohl beim Beschleunigen als auch beim Bremsen (neg. Moment, Rekuperation mit elektrischer Maschine). Auf diese Weise kann also ein Soll-Drehmoment MS0H,VA erhalten werden, das einem Anteil des angefordertes Drehmoments MA entspricht, das an der Vorderachse umgesetzt werden soll. Dieses wird weiterhin einer Subtraktion vom Wunschmoment MA zugeführt, um den auf die Hinterachse HA zu verteilenden Überschuss M'SOII.HA ZU berechnen.
Entsprechend ergibt sich dann das unbegrenzte Soll-Drehmoment M'SOII.HA für die Hinterachse, das - soweit möglich - dort umgesetzt werden soll. Dieses wird dann, wie auch für die Vorderachse, auf einen Wert zwischen einem oberen Grenz-Drehmoment Mc,max,HA sowie ggf. einem unteren Grenz-Drehmoment Mc.min.HA für die Hinterachse begrenzt. Damit wird dann ein Soll-Drehmoment Msoii.HA für den Antrieb der Hinterachse erhalten.
Die beiden Soll-Drehmomente können dann gemäß Schritt 210 umgesetzt werden, d.h. an die Antriebseinheiten als Sollwerte übermittelt werden.
Auf diese Weise folgt also eine Umverteilung jenes Anteils des Fahrerwunsches, der durch eine der Achsen nicht übertragen werden kann, und ggf. eine Begrenzung auf das maximal übertragbare Drehmoment. Der Anteil des Drehmoments, der an der Vorderachse aufgrund der Begrenzung nicht umgesetzt werden kann, wird der Hinterachse als Solldrehmoment vorgegeben und durch die Grenz- Drehmomente der Hinterachse begrenzt.
In einer weiteren Variante wäre denkbar, dass bereits eine gewisse Verteilung des Antriebsmoments auf die Achsen vorgegeben ist (z.B. aufgrund einer Hybrid- Betriebsstrategie). Ausgehend von dieser Verteilung erfolgt dann eine Begrenzung der Drehmomentsollwerte (beider Achsen) die zu einer Umverteilung des angeforderten Drehmoments an die jeweils andere Achse führt, in dem Umfang, in dem das Grenz-Drehmoment auf einer der Achsen überschritten und auf der anderen Achse noch nicht erreicht ist. In Figur 3 ist nun dargestellt, wie diese beiden (oberen) Grenz-Drehmomente MG,max,vA für die Vorderachse und MG,max,HA für die Hinterachse bestimmt werden können. Wie schon erwähnt, entsprechen diese Grenz-Drehmomente denjenigen Antriebskräften, die an der betreffenden Achse maximal auf die Fahrbahn bzw. den Untergrund übertragen werden können.
Das vorgeschlagene Verfahren umfasst ein Bestimmen eines Zustands durchdrehender Räder, z.B. anhand der Differenz An der Mittelwerte aus den Raddrehzahlen (links/rechts) von Vorderachse nvA und Hinterachse HHA. Diese Mittelwerte können z.B. in einem Block 300 aus den einzelnen Raddrehzahlen - hier mit ni bezeichnet - bestimmt werden. Diese Differenz An wird nachfolgend auch als Achsdrehzahldifferenz bezeichnet.
Diese Detektion bzw. diese Bestimmung 300 aktiviert die Berechnung des derzeit maximal übertragbaren Drehmoments an der Achse mit dem/den durchdrehenden Rad/Rädern. Die Berechnung des maximal übertragbaren Drehmoments erfordert die Berechnung des maximal wirksamen Kraftschlussbeiwerts zwischen Rädern und Fahrbahn. Hierzu wird z.B. in einem (optionalen) Block 312 geprüft, ob eine aktuelle Geschwindigkeit unterhalb einer Schwelle VA liegt. Beispielsweise kann erwünscht sein, eine Umverteilung von Drehmoment nur in einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich vorzunehmen, z.B. weil ein Durchdrehen von Rädern bei hohen Geschwindigkeiten normalerweise nicht zu erwarten ist.
Wird dies in Block 312 bejaht, kann nach einer ggf. kurzen Verzögerung 314 eine Berechnung 320 der Grenz-Drehmomente erfolgen. Diese Abfrage kann aber auch unterbleiben.
Nachfolgend soll die Berechnung 320 der Grenz-Drehmomente erläutert werden. Hierzu sei auch auf Figur 4 verwiesen, in der schematisch ein Diagramm zum Kraftschlussbeiwert p zur Erläuterung der Erfindung gezeigt ist. Darin ist der Zusammenhang zwischen dem Schlupf s des Reifens bzw. eines Rads und dem Kraftschlussbeiwert p, der bei der Kraftübertragung erreicht wird, gezeigt. Ein Schlupf von 0% beschreibt dabei ein rollendes, nicht angetriebenes Rad, während ein Schlupf von 100% ein durchdrehendes Rad bei stehendem Fahrzeug beschreibt. Grundsätzlich liegt bei einem angetriebenen Rad immer ein Schlupf vor.
Der Verlauf i gilt dabei für trockenen Asphalt, der Verlauf V2 für nassen Asphalt und der Verlauf V3 für lockeren Untergrund wie Kies. Die Verläufe für festen Fahrbahnuntergrund (Vi, V2) weisen jeweils ein eindeutiges Maximum auf (bei etwas über 20% Schlupf) und zeigen mit zunehmendem Schlupf eine Verringerung des Kraftschlussbeiwertes. Im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens soll also letztlich der Zustand des hier erwähnten Maximums „eingefangen“ werden, indem das Auftreten der Achsdrehzahldifferenz als Signal verwendet wird.
Sobald eine signifikante Drehzahldifferenz zwischen Vorder- und Hinterachse entsteht, gilt bei antreibenden Fahrzuständen als gesichert, dass die schneller rotierenden Räder die Traktionsgrenze zwischen Reifen und Fahrbahn überschritten haben. Darüber hinaus kann angenommen werden, dass der Reifen unmittelbar vor dem Überschreiten der Traktionsgrenze (also vor dem Durchdrehen) das maximale Antriebsdrehmoment in eine Antriebskraft umsetzt, die das Fahrzeug beschleunigt.
Das vorgeschlagene Verfahren zielt darauf ab, den Kraftschlussbeiwert p durch Umstellen des folgenden Zusammenhangs der maximal übertragbaren Antriebskraft Fmax durch Reibung zwischen Reifen bzw. Rädern und Fahrbahn zu bestimmen.
F^ = F ' Fz -
Dabei ist Fmax die maximal übertragbare Antriebskraft und Fz die wirkende Normalkraft zwischen Reifen bzw. Rad und Fahrbahn. Das Ziel ist, die Antriebskraft und die Normalkraft unmittelbar vor dem Auftreten der Achsdrehzahldifferenz an der Achse, deren Räder infolge des Antriebsdrehmoments durchdrehen, zu berechnen. Die Berechnung des Kraftschlussbeiwerts p ergibt sich dann folgendermaßen: .. > max
F 1 z '
Die aktuelle Antriebskraft FAntr kann aus dem Antriebsdrehmoment / ntr am Rad über den Radius des Reifens - hier wird der dynamische Radradius rdyn verwendet - berechnet werden. Das Antriebsdrehmoment / ntr wird typischerweise bereits innerhalb der Antriebssoftware modelliert bzw. rechnerisch bestimmt. Am Rad teilt sich das Antriebsdrehmoment / ntr auf in einen Anteil MRad, der in einer Antriebskraft resultiert, und einen weiteren Anteil Mrot, der zur rotatorischen Beschleunigung der Bauteile des Antriebsstrangs aufgewendet wird. Letzterer kann bei rechnerisch bestimmt werden, vgl. auch Block 340. Dafür ist es notwendig, die Winkelbeschleunigung dco/dt der Räder zu bestimmen und die Massenträgheitsmomente Jrot des Antriebsstrangs zu kennen. Der Anteil Mrot des Antriebsdrehmoments, der zur rotatorischen Beschleunigung der Bauteile des Antriebsstrangs aufgewendet wird, kann folgendermaßen berechnet werden. ebskraft FAntr ergibt sich dann folgendermaßen:
Figure imgf000017_0001
Die Normalkraft Fz ist aufgrund von Längsbeschleunigung des Fahrzeugs und der Steigung der Fahrbahn variabel, sie kann also in einen statischen Anteil z.stat (z.B. Gewichtsanteil, insbesondere statische Radlast aus Gewichtsverteilung und Steigung der Fahrbahn) und einen variablen (insbesondere beschleunigungsabhängigen) Anteil A z aufgeteilt werden, vgl. Block 330. Sie kann anhand von Fahrzeugparametern und Fahrzeugzustandsgrößen, hier allgemein mit P bezeichnet sowie der aktuellen Längsbeschleunigung a, in welche auch eine eventuelle Fahrbahnsteigung eingeht, berechnet werden.
Bei längsdynamischen Betrachtungen gibt es folgende Einflussgrößen: Der Steigungswinkel der Fahrbahn beeinflusst den Kraftanteil der Gewichtskraft, der in Normalkraftrichtung der Räder wirkt.
Darüber hinaus ergibt sich durch den Steigungswinkel ein Kraftanteil der Gewichtskraft, der durch die Steigung in Fahrzeuglängsrichtung wirkt. Dadurch ändert sich die Gewichtskraftverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse.
Der dritte Einfluss resultiert aus einer Längsbeschleunigung (Brem- sen/Antreiben), der zu einer dynamischen Veränderung der Gewichtskraftverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse führt. Diese bewirkt, vereinfacht gesprochen, dass bei positiver Beschleunigung das Fahrzeug vorne leichter und hinten schwerer wird (also nach hinten nickt). Entsprechend ergibt sich dies umgekehrt bei negativer Beschleunigung, bei der das Fahrzeug nach vorne nickt. Ausgelöst wird dies durch einen Hebelarm zwischen Masseschwerpunkt und Fahrbahn (mit Höhe h). Dies bewirkt ein Moment, das das Fahrzeug entweder nach vorne oder hinten nicken lässt. Die Beschleunigung in Längsrichtung kann verursacht sein durch eine Steigung oder durch den Vortrieb mit einer der Antriebsmaschinen (entspricht der Ableitung der Fahrzeuggeschwindigkeit). Das ist auch ersichtlich aus der nachfolgenden Formel.
Die dynamische oder effektive Normalkraft FZ. A = Fz,stat + AFzfür die Vorderachse wird beispielhaft folgendermaßen berechnet:
Figure imgf000018_0001
Die notwendigen Messgrößen {m für Masse des Fahrzeugs, Z für Radstand, lh für Abstand Massenschwerpunkt des Fahrzeugs zu Hinterachse, h für Vertikalabstand Massenschwerpunkt des Fahrzeugs zu Fahrbahn und g für Gravitationskonstante) zur Berücksichtigung der Steigung a der Fahrbahn und Längsbeschleunigung «des Fahrzeugs werden z.B. durch das ESP-Steuergerät bereitgestellt. Entsprechendes gilt für die Hinterachse, FZ,HA.
Aufgrund des Umstands, dass der Zustand durchdrehender Räder zwar detek- tiert werden kann, aber gegenüber dem Zustand der maximal übertragenen Antriebskraft zeitlich verzögert ist, werden in der Funktion die Signale der Antriebskraft und der Normalkraft durch Totzeitglieder 350, 352, 354 verzögert. Durch die Applikation der Zeitkonstanten wird es ermöglicht, den zeitlichen Abstand zwischen Auftreten der maximalen Antriebskraft und Detektion der Achsdrehzahldifferenz als Totzeit einzustellen. Die Totzeit hängt typischerweise von mehreren von mehreren Faktoren ab, z.B. der Zeitverzögerung zwischen Messung der Raddrehzahlen und Empfang im Steuergerät. Zusätzlich sind die Raddrehzahlen normalerweise auch etwas gefiltert, was eine zusätzliche Verzögerung bedeutet. Außerdem gibt es noch eine Verzögerung dadurch, dass der Zustand durchdrehender Räder erst dann sicher detektiert werden kann, wenn die Achsdrehzahldifferenz einen ausreichend hohen Schwellwert übersteigt (um Falschmeldungen zu vermeiden). Ein typischer Wertebereich wäre z.B. zwischen 0 und 500 ms.
Wie oben dargelegt, wird der Kraftschlussbeiwert p als Quotient aus der verzögerten Antriebskraft und der verzögerten Normalkraft berechnet. Die Grenz- Drehmomente für Vorder- und Hinterachse können dann im Anschluss aus dem berechneten Kraftschlussbeiwert p, der augenblicklich auftretenden Normalkraft und dem dynamischen Radius rdyn bestimmt werden. Hierbei wird angenommen, dass der anhand der durchdrehenden Räder bestimmte Kraftschlussbeiwert p für zumindest eine kurze Zeit auch an den nicht durchdrehenden Rädern und auch bei veränderten Achsnormalkräften wirkt. Diese Annahme kann bei regulären Fahrten und Fahrzeug- wie Fahrbahnbedingungen auf jeden Fall getroffen werden. Durch Multiplikation mit der Achsnormalkraft und dem dynamischen Radius des Reifens ergibt sich aus dem berechneten Kraftschlussbeiwert ein Grenz- Drehmoment für beide Achsen, insbesondere auch für die nicht durchdrehende.
Statt der Achsdrehzahldifferenz könnte der Schlupf als Eingangsgröße für die Funktionsauslösung verwendet werden, wie eingangs schon erwähnt. Der Schlupf ist eine dimensionslose Beschreibung der Raddrehzahl bezogen auf die Fahrzeuggeschwindigkeit. Dadurch könnte eine geschwindigkeitsunabhängige Schlupfschwelle verwendet werden, um das Durchdrehen der Räder zu detektie- ren.
Die Verwendung des Schlupfs als Eingangsgröße setzt in der Regel voraus, dass ein plausibles Geschwindigkeitssignal vorliegt, welches aus einer anderen Quelle als den Raddrehzahlen berechnet wird. Besteht diese Möglichkeit nicht, kann die Schwelle der Achsdrehzahldifferenz zur Detektion von durchdrehenden Rädern mit einer Geschwindigkeitsabhängigkeit implementiert werden.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Aufteilen eines angeforderten Drehmoments zum Antreiben eines Fahrzeugs (100) mit Rädern, wobei mehrere Radteilmengen (112, 114; 122, 124) mit jeweils wenigstens einem Rad zum Übertagen von Antriebskraft auf einen Untergrund unabhängig voneinander antreibbar sind, mit den folgenden Schritten:
Bestimmen (300), dass wenigstens ein Rad einer der mehreren Radteilmengen durchzudrehen beginnt,
Bestimmen (320), für jede der mehreren Radteilmengen, eines Grenz- Drehmoments (Mc.max.vA, MG,max,HA), das einer maximal über die jeweilige Radteilmenge übertragbaren Antriebskraft entspricht, bei der kein Rad der jeweiligen Radteilmenge durchdreht,
Bestimmen (200) einer Aufteilung des angeforderten Drehmoments (MA) auf die mehreren Radteilmengen (112, 114; 122, 124) so, dass an keiner der mehreren Radteilmengen mehr als das jeweilige Grenz-Drehmoment (MG,max, A, MG,max,HA) anliegt, und
Veranlassen einer Umsetzung (210) der bestimmten Aufteilung.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Bestimmen der Aufteilung des angeforderten Drehmoments (MA) auf die mehreren Radteilmengen umfasst:
Reduzieren eines der Radteilmenge mit dem durchdrehenden Rad zugewiesenen Drehmoments um ein Differenzmoment wenigstens bis zum Grenz-Drehmoment (Mc.max.vA, Mc.max.HA) dieser Radteilmenge, und Erhöhen eines wenigstens einer der anderen Radteilmengen zugewiesenen Drehmoments um das Differenzmoment, vorzugsweise aber je Radteilmenge höchstens bis zum jeweiligen Grenz-Drehmoment (Mc,max, A, Mc,max,HA) . Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das jeweilige Grenz- Drehmoment(MG,max,vA, MG,max,HA) anhand einer effektiven Normalkraft (FZ.VA, FZ,HA) auf die jeweilige Radteilmenge, eines dynamischen Radradius (rdyn) und eines Kraftschlussbeiwerts (p) zwischen Rädern und Untergrund, der zu einem Zeitpunkt vor, insbesondere unmittelbar vor, Erkennen des Beginnens des Durchdrehens des wenigstens einen Rads vorhanden ist, bestimmt wird. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Kraftschlussbeiwert (p) basierend auf der zu diesem Zeitpunkt über die jeweilige Radteilmenge maximal übertragbaren Antriebskraft und der effektiven Normalkraft (FZ.VA, FZ.HA) auf die jeweilige Radteilmenge bestimmt wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen (200) der Aufteilung des angeforderten Drehmoments (MA) auf die mehreren Radteilmengen wiederholt oder kontinuierlich gemäß einem der folgenden Kriterien erfolgt: solange bestimmt wird, dass wenigstens ein Rad durchzudrehen beginnt, für eine vorbestimmte Zeitdauer ab erstmaligem Bestimmen, dass wenigstens ein Rad durchzudrehen beginnt, solange bestimmt wird, dass wenigstens ein Rad durchzudrehen beginnt, und anschließend für eine vorbestimmte Zeitdauer. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die vorbestimmte Zeitdauer gemäß einem der folgenden Kriterien vorgegeben wird: als fester Wert, in Abhängigkeit von einer Raddrehzahl (nvA, HHA) der Radteilmenge, bei der das Rad durchzudrehen beginnt, in Abhängigkeit von dem Grenz-Drehmoment (Mc.max. A, Mc,max,HA) der Radteilmenge, bei der das Rad durchzudrehen beginnt, in Abhängigkeit von einer Historie erfolgter Anpassungen der aktuellen Aufteilung. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen (320) des Grenz-Drehmoments (Mc.max.vA, Mc,max,HA) umfasst: Erhalten einer Information zur maximal über die jeweilige Radteilmenge übertragbaren Kraft, oder
Erhalten von Informationen zum Bestimmen einer effektiven Normalkraft (FZ.VA, FZ.HA) auf die jeweilige Radteilmenge und/oder von Informationen zu einem dynamischen Radradius (rdyn) und/oder von Informationen zu einem Kraftschlussbeiwert (p) zwischen Rädern und Untergrund und/oder Informationen zum Bestimmen des Kraftschlussbeiwerts.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Beginnen des Durchdrehens des wenigstens eines Rads der einen der mehreren Radteilmengen bestimmt wird, wenn eine Raddrehzahl dieser einen Radteilmenge um mehr als einen Schwellwert von einem zugehörigen Referenzwert abweicht, wobei der zugehörige Referenzwert vorzugsweise aus einer Raddrehzahl wenigstens einer der anderen Radteilmengen bestimmt wird.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Beginnen des Durchdrehens des wenigstens eines Rads der einen der mehreren Radteilmengen bestimmt wird, wenn ein Schlupf (S) des wenigstens eines Rads oder ein mittlerer Schlupf dieser einen Radteilmenge von einem zugehörigen Referenzwert abweicht, wobei der Schlupf bzw. der mittlere Schlupf vorzugsweise unter Verwendung einer Raddrehzahl des wenigstens einen Rads bzw. dieser einen Radteilmenge und einer unabhängig von dieser Raddrehzahl ermittelten Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen (300), dass wenigstens ein Rad durchzudrehen beginnt, umfasst:
Erhalten einer Information, dass das wenigstens eine Rad durchzudrehen beginnt, oder
Erhalten von Informationen zu Raddrehzahlwerten (ni) und/oder von Informationen zu einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine der mehreren Radteilmengen zwei Räder, die zur selben Fahrzeugachse gehören, aufweist. - 22 - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine der mehreren Radteilmengen mittels einer Brennkraftmaschine (130) und wenigstens eine andere der mehreren Radteilmengen mittels wenigstens einer elektrischen Maschine (140) antreibbar sind, und/oder wobei wenigstens zwei der mehreren Radteilmengen jeweils mittels wenigstens einer elektrischen Maschine antreibbar sind. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen (200) der Aufteilung des angeforderten Drehmoments (MA) auf die mehreren Radteilmengen so, dass an keiner der mehreren Radteilmengen mehr als das jeweilige Grenz-Drehmoment anliegt, ein Berücksichtigen einer Drehmomentbegrenzung, die durch ein Antriebsschlupfregelsystem vorgegeben ist, umfasst. Recheneinheit (150), die dazu eingerichtet ist, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen. Computerprogramm, das eine Recheneinheit (150) dazu veranlasst, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (150) ausgeführt wird. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 15.
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