WO2022238059A1 - STEUERVORRICHTUNG ZUM BETRIEB EINES STRAßENGEKOPPELTEN ALLRADFAHRZEUGES - Google Patents

STEUERVORRICHTUNG ZUM BETRIEB EINES STRAßENGEKOPPELTEN ALLRADFAHRZEUGES Download PDF

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WO2022238059A1
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wheel drive
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Florian Schnappauf
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Definitions

  • Control device for operating a road-coupled four-wheel drive vehicle
  • the invention relates to a control device for operating a road-coupled all-wheel drive vehicle with at least one electronic control unit, with a first drive motor (in particular a first electric drive motor) assigned to a primary axle (e.g. rear axle) and with one assigned to a secondary axle (e.g. front axle).
  • first drive motor in particular a first electric drive motor
  • secondary axle e.g. front axle
  • second drive motor in particular second electric drive motor
  • a road-coupled hybrid vehicle with two different drive units on the respective axle is known from DE 102014200427 A1, for example.
  • the different drive units in particular an internal combustion engine and an electric drive motor, have different dynamic properties; i.e. the target torques on the individual axes cannot be set equally quickly.
  • a torque increase using an electric drive motor is possible much faster than the same torque increase using an internal combustion engine.
  • the electronic control known from DE 102014200427 A1 deals in particular with the problems of these different drive units.
  • the primary and secondary motors are not connected via a clutch, but only via the 2
  • Wheels drive-related coupled through the road are also referred to as “axle-split” vehicles.
  • Such all-wheel drive vehicles are usually operated in a first operating mode (preferably an efficiency-optimized drive mode) with the primary motor alone (single-axle operation) and in a second operating mode (preferably a performance-optimized drive mode) in which the secondary motor can be switched on and off automatically, can also be operated as a four-wheel drive vehicle with both drive motors (two-axle operation).
  • the invention relates to a control device for operating a road-coupled four-wheel drive vehicle with at least one electronic control unit, with at least one first drive motor (preferably an electric drive motor) assigned to a primary axle as the primary motor, and with at least one second drive motor (preferably also an electric drive motor) assigned to a secondary axle as the secondary motor.
  • first drive motor preferably an electric drive motor
  • second drive motor preferably also an electric drive motor
  • the gradient limitation module preferably also prevents the direction of the gradient for adjusting the torque of the primary motor from running in the opposite direction to the direction of the gradient of the driver's request signal as part of a change in the target four-wheel drive factor.
  • the torque of the primary engine must not decrease as the driver's request gradient increases, but is kept constant, while the torque of the secondary engine is increased until the target all-wheel drive factor is reached.
  • the torque of the primary engine must not be increased when the driver's request gradient decreases, but is also kept constant, while the torque of the secondary engine is reduced until the target four-wheel drive factor is reached.
  • the torque of the secondary motor in particular is kept constant.
  • the torque of the primary motor and/or the secondary motor is, exceptionally, with a larger gradient (e.g. +/- 20 Nm/dt (dt is e.g. a program step time unit or "Task”) than that of the driver's request signal.
  • a larger gradient e.g. +/- 20 Nm/dt (dt is e.g. a program step time unit or "Task"
  • the torque of the primary motor is kept constant in the negative torque range with an increasing target four-wheel drive factor until the negative torque of the secondary motor has been increased to achieve the new target four-wheel drive factor.
  • the invention is based on the following considerations: 4
  • the invention is based on an internally tested control device for operating a road-coupled four-wheel drive vehicle with two electric drive motors, in which the driver's request signal is calculated in the form of a total driver's request (i.e. a total target torque, usually based on a filtered accelerator pedal actuation signal), which is calculated using a "fader" (i.e. a fade function when the target four-wheel drive factor changes) by setting the individual torques according to the target four-wheel drive factor on the two axles or on the electric drive motors of the two axles.
  • ader i.e. a fade function when the target four-wheel drive factor changes
  • the target torque of the primary motor on the primary axle e.g. finter axle
  • a fader always works in the same time. Finally, the transition is based on torque. If the input torque is high, then high gradients arise during a crossfade with constant fader 5
  • the four-wheel drive factor is changed in leaps and bounds (as it were “digitally” with values of 1 or 0) without a fader.
  • This value therefore “digitally” factors the overall driver request (i.e. the total driver request as the total target torque based on the driver request signal, which is usually determined based on a filtered accelerator pedal actuation signal). This generates a value for the individual axles which, when there is a change in the all-wheel drive factor, leads to a change in the individual torques of the primary and/or secondary motor.
  • the individual torques are continuously achieved via a "rate limiter" (gradient limitation module for executing a torque gradient limitation function).
  • the rate limiter is defined by a driver's desired gradient-dependent characteristic. This characteristic curve is defined in such a way that the torque of the primary axle or the primary motor must not “run down” as the driver's request gradient increases; For this purpose, according to the invention, the secondary motor should “run up” and the primary motor should “stand still”. In addition, the torque of the primary axle or the primary motor must not “up” when the driver's request gradient decreases 6 run”; For this purpose, according to the invention, the secondary motor should “run down” and the primary motor should “stand still”.
  • each axle may never take on more than the total load impact of the driver's request filtering; i.e. the gradient in the individual torque adjustment of the primary motor and/or the secondary motor must not generally be greater than the gradient of the driver's request.
  • a shift in the direction of a higher gradient (of, for example, +/- 20RadNm/task) is only permitted in the area of constant driving (constant driver request gradient).
  • This control unit contains a dynamic function module such that when recognizing a defined dynamic driving style of the driver based on the driver's request gradient during a (single-axle) mode of operation with the primary motor activated and the secondary motor deactivated for a predefined time window, a total setpoint predefined by the new driver's request Torque curve is determined. This is set according to a likewise specified axis distribution factor by reducing the target torque of the primary motor and by activating and increasing the target torque of the secondary motor, even if the specified total target torque curve is below a maximum possible torque of the primary motor.
  • a defined dynamic driving style of the driver is preferably recognized based on the driver's request gradient when the current driver's request gradient exceeds a predetermined threshold value.
  • the axle that is preferably driven in single-axle operation is referred to as the primary axle.
  • the total target torque is divided by the two using a predetermined axis distribution factor 8th
  • the target torque of the primary engine is reduced and the target torque of the secondary engine is increased.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a road-coupled electric four-wheel drive vehicle according to the invention with the components essential for the torque-limiting function according to the invention
  • FIG. 3 shows a diagram of a possible solution according to the invention to the problem shown in FIG. 2 without “fader” and
  • Fig. 1 is a so-called road-coupled four-wheel drive vehicle with a first electric motor 1 as the primary motor, which acts as a drive motor, for example on the rear axle PA as the primary axle in single-axle operation, and with a second electric motor 2 as a secondary motor, which acts as a drive motor on the front axle SA as a Secondary axis acts in two-axis operation, 9 shown.
  • the electric motors 1 and 2 are also referred to as electric machines or electric machines.
  • the primary motor 1 can have its own mechatronically connected sub-control unit 4 and the secondary motor 2 can have its own mechatronically connected sub-control unit 5 . Both sub-control units 4 and 5 are connected to a central electronic control unit 3 .
  • a method for controlling the operation of the electric four-wheel drive vehicle is carried out by the central electronic control unit 3, which has a corresponding programmable function module 6 and connections to the required sensors, actuators and/or to the optional sub-control units 4 and 5.
  • the control unit 3 contains a gradient limitation functional module 6, for example in the form of a software program (computer program product), the design and functioning of which is discussed in more detail in the description of FIGS.
  • FIG. 2 shows—also representative of FIG. 3—a diagram in which the time t is plotted on the x-axis and the moment M (torque) is plotted on the y-axis.
  • the thin solid line shows an example of a possible course of the driver's desired signal in the form of a filtered total setpoint torque M_FP_int.
  • a driver request signal FPJnt is recorded in the form of a fast "Tipln" with maximum “punch” - ie a dynamic overall signal given by the driver's request via the accelerator pedal FP. 10
  • Target torque increase with high gradient.
  • a dynamic driver's request (Tipln situation) is recognized by the steep gradient of the cumulative setpoint torque M_FP_int.
  • Such a defined dynamic driver request should preferably be implemented in single-axle operation, ie with an AWD all-wheel drive factor of 100%, solely by the torque M_soll_1 of the primary motor 1 .
  • a comparatively slow “TipOut” follows at time t2 and a comparatively slow “Tipln” at time t2.
  • a fade function F takes place during a transition from single-axle operation to two-axle operation with a predefined all-wheel drive factor AWD of 50%.
  • the gradient of the torque M_soll_1 of the primary motor 1 in area B1 would be steeper than the gradient of the driver's wish signal with an increasing all-wheel drive factor AWD with fade function F and with an increasing total target torque M_FP_int ("cumulative driver request") due to the increasing driver request signal FPJnt.
  • the gradient of the torque M_soll_1 of the primary motor 1 in the area B2 would be steeper than the gradient of the driver's wish signal with a decreasing all-wheel drive factor AWD with fade function F and with a decreasing total target torque M_FP_int (“sum driver request”) due to the falling driver request signal FPJnt.
  • the gradient of the torque M_soll_1 of the primary motor 1 in the area B3 would be in the opposite direction to the gradient or to the course of the driver's wish signal with an increasing all-wheel drive factor AWD with fade function F and with an increasing total target torque M_FPJnt ("sum driver's request”) in the negative torque.
  • Fade functions F in the areas B1, B2 and B3 are different or undefined in length and therefore possibly irritating for the driver.
  • a torque gradient limitation function can be carried out in the following manner by appropriate configuration or programming of the gradient limitation module 6 according to the invention:
  • target all-wheel drive factor AWD changes due to a defined driver request signal FPJnt or cumulative driver request M_FP_int - e.g.
  • the new target four-wheel drive factor AWD is suddenly specified (without fader F).
  • the gradient of the driver's request signal FPJnt or the cumulative driver's request M_FP_int forms the gradient limit for the maximum permissible adjustment of the torque M_soll_1 of primary motor 1. Jumps for unlimited individual torques, as with M_soll_1_roh for primary motor 1 and shown with M_soll_2_roh for the secondary motor 2 should be prevented.
  • Torque M_soll_1 of primary motor 1 is controlled in such a way that the direction of the gradient for adjusting torque M_soll_1 of primary motor 1 as part of a change in target all-wheel drive factor AWD does not run in the opposite direction to the direction of the gradient of driver request signal FPJnt or cumulative driver request M_FP_int.
  • the torque M_soll_1 of the primary motor 1 and/or the torque M_soll_2 of the secondary motor 2 can be adjusted with a greater gradient than that of the driver request signal FPJnt.
  • the torque M_soll_1 of the primary motor 1 is kept constant as the target all-wheel drive factor AWD increases until the negative torque of the secondary motor 2 has been increased to achieve the new target all-wheel drive factor AWD.
  • the mode of operation of the module 6 is once again explained mathematically with reference to FIG.
  • the target four-wheel drive factor is referred to as the "AWD factor", the torque of the primary motor as the “Pri axis” and the torque of the secondary motor as the “Sec axis”:
  • Pri axis may run downwards with -20 RadNm/task, Sec axis correspondingly with +20 RadNm/task upwards until the distribution according to the AWD factor has been reached.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum Betrieb eines straßengekoppelten Allradfahrzeuges mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit, mit mindestens einem einer Primärachse zugeordneten ersten Antriebsmotor als Primärmotor und mit mindestens einem einer Sekundärachse zugeordneten zweiten Antriebsmotor als Sekundärmotor. Erfindungsgemäß weist die Steuereinheit ein Gradienten-Begrenzungs- Modul zur Ausführung einer Drehmoment-Gradienten-Begrenzungsfunktion dergestalt auf, dass bei einer Änderung des Soll-Allradfaktors aufgrund eines definierten Fahrerwunsch-Signals erstens der neue Soll-Allradfaktor sprunghaft vorgegeben wird und zweitens im Rahmen der folgenden Allradfaktor-Verstellung der Gradient des Fahrerwunsch-Signals die Gradienten-Begrenzung zur maximal zulässigen Verstellung des Drehmoments des Primärmotors und/oder des Sekundärmotors bildet.

Description

Steuervorrichtung zum Betrieb eines straßengekoppelten Allradfahrzeuges
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung zum Betrieb eines straßengekoppelten Allradfahrzeuges mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit, mit einem einer Primärachse (z. B. Hinterachse) zugeordneten ersten Antriebsmotor (insbesondere erster Elektroantriebsmotor) und mit einem einer Sekundärachse (z. B. Vorderachse) zugeordneten zweiten Antriebsmotor (insbesondere zweiten Elektroantriebsmotor).
Beispielsweise aus der DE 102014200427 A1 ist ein straßengekoppeltes Hybridfahrzeug mit zwei unterschiedlichen Antriebseinheiten auf der jeweiligen Achse bekannt. Die unterschiedlichen Antriebseinheiten, insbesondere ein Verbrennungsmotor und ein Elektroantriebsmotor, weisen unterschiedliche Dynamikeigenschaften auf; d.h. die Soll-Momente an den einzelnen Achsen sind nicht gleich schnell einstellbar. Insbesondere ist eine Momenterhöhung mittels eines Elektroantriebsmotors wesentlich schneller möglich als dieselbe Momenterhöhung mittels eines Verbrennungsmotors. Die aus der DE 102014200427 A1 bekannte elektronische Steuerung geht insbesondere auf Probleme dieser unterschiedlichen Antriebseinheiten ein.
Bei einem sogenannten straßengekoppelten Allradfahrzeug sind der Primär- und der Sekundärmotor nicht über eine Kupplung, sondern lediglich über die 2
Räder durch die Straße antriebsbezogen gekoppelt. Derartige straßengekoppelte Allradfahrzeuge werden auch als „Axle-Split“-Fahrzeuge bezeichnet. Derartige Allradfahrzeuge werden üblicherweise in einem ersten Betriebsmodus (vorzugsweise einem effizienzoptimierten Antriebsmodus) mit dem Primärmotor allein betrieben (Einachs-Betrieb) und sind in einem zweiten Betriebsmodus (vorzugsweise einem leistungsoptimierten Antriebs- Modus), bei dem der Sekundärmotor automatisch zu- und abschaltbar ist, auch als Allradfahrzeug mit beiden Antriebsmotoren (Zweiachs-Betrieb) betreibbar.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Allradfahrzeug eingangs genannter Art im Hinblick auf die Fahrleistung, auf die Effizienz sowie auf den Komfort zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Abhängige Patentansprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum Betrieb eines straßengekoppelten Allradfahrzeuges mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit, mit mindestens einem einer Primärachse zugeordneten ersten Antriebsmotor (vorzugsweise ein Elektroantriebsmotor) als Primärmotor und mit mindestens einem einer Sekundärachse zugeordneten zweiten Antriebsmotor (vorzugsweise auch ein Elektroantriebsmotor) als Sekundärmotor. Erfindungsgemäß weist die Steuereinheit ein Gradienten- Begrenzungs-Modul zur Ausführung einer Drehmoment-Gradienten- Begrenzungsfunktion dergestalt auf, dass bei einer Änderung des Soll- Allradfaktors aufgrund eines definierten Fahrerwunsch-Signals (= Summenfahrerwunsch bzw. Gesamt-Soll-Drehmoment) erstens der neue Soll-Allradfaktor sprunghaft vorgegeben wird und zweitens im Rahmen der folgenden Allradfaktor-Verstellung der Gradient des Fahrerwunsch-Signals 3 eine Gradienten-Begrenzung zur maximal zulässigen Verstellung des Drehmoments des Primärmotors und/oder des Sekundärmotors bildet.
Vorzugsweise verhindert das Gradienten-Begrenzungs-Modul auch, dass die Richtung des Gradienten zur Verstellung des Drehmoments des Primärmotors im Rahmen einer Änderung des Soll-Allradfaktors gegenläufig zur Richtung des Gradienten des Fahrerwunsch-Signals verläuft. Mit anderen Worten darf das Drehmoment des Primärmotors bei zunehmendem Fahrerwunschgradienten nicht abnehmen, sondern wird konstant gehalten, während das Drehmoment des Sekundärmotors bis zum Erreichen des Soll- Allradfaktors erhöht wird. Ebenso darf das Drehmoment des Primärmotors bei abnehmendem Fahrerwunschgradienten nicht erhöht werden, sondern wird ebenfalls konstant gehalten, während das Drehmoment des Sekundärmotors bis zum Erreichen des Soll-Allradfaktors reduziert wird.
Bei begrenzender Wirkung des Gradienten-Begrenzungs-Moduls auf die Verstellung des Drehmoments des Primärmotors wird insbesondere das Drehmoment des Sekundärmotors konstant gehalten.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist bei konstantem Fahrerwunsch-Signal (d.h. bei einem Gradienten von Null) das Drehmoment des Primärmotors und/oder des Sekundärmotors ausnahmsweise mit einem größeren Gradienten (z.B. +/- 20 Nm/dt (dt ist z.B. eine Programmschritt-Zeiteinheit oder „Task“) als dem des Fahrerwunsch-Signals verstellbar.
Insbesondere wird erfindungsgemäß im negativen Drehmomentbereich bei zunehmendem Soll-Allradfaktor das Drehmoment des Primärmotors konstant gehalten, bis das negative Drehmoment des Sekundärmotors zum Erreichen des neuen Soll-Allradfaktors erhöht wurde.
Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde: 4
Die Erfindung geht von einer intern getesteten Steuervorrichtung zum Betrieb eines straßengekoppelten Allradfahrzeuges mit zwei Elektroantriebsmotoren aus, bei der das Fahrerwunsch-Signal in Form eines Summenfahrerwunsches (d.h. eines Gesamt-Soll-Drehmoments, üblicherweise basierend auf einem gefilterten Fahrpedalbetätigungssignal) berechnet wird, der mit Hilfe eines „Faders“ (d.h. einer Überblendfunktion bei einer Änderung des Soll-Allradfaktors) durch Einstellung der Einzeldrehmomente gemäß dem Soll-Allradfaktor auf die beiden Achsen bzw. auf die Elektroantriebsmotoren der beiden Achsen verteilt wird. Denn straßengekoppelte Allradsysteme, wie oben beschrieben (z. B ohne Verteilergetriebe), benötigen eine geeignete Allrad-Überblendfunktion bei einer Allradfaktor-Änderung.
Diese intern getestete Überblendfunktion (die weiter unten in Zusammenhang mit Fig. 2 genauer erläutert wird) verursacht z.B. bei sogenannten „Tiplns“ bzw. bei dynamischen hohen Drehmoment- Anforderungen unkomfortable Rucke.
Beispiel: Ist der Allradfaktor 100% (d.h. 100% des angeforderten Drehmoments soll vom Primärmotor aufgebracht werden) und wechselt durch eine sogenannten „Tipln“ oder „Punch“ (= definierte dynamische Drehmomentanforderung, beispielsweise ausgehend von einem Schubbetrieb) auf einen Soll-Allradfaktor von 50%, so müsste das Sollmoment des Primärmotors auf der Primärachse (z.B. Flinterachse) während dem "Hochlaufen" des Gesamt-Drehmoments durch das Zuschalten des Sekundärmotors „nach unten laufen“, um schnellstmöglich den neuen Soll-Allradfaktor (Wunschverteilung) zu erreichen.
Ein Fader arbeitet immer in der gleichen Zeit. Die Überblendung erfolgt zum Schluss auf Drehmoment Basis. Ist das Eingangsmoment hoch, so entstehen hohe Gradienten bei einer Überblendung bei gleichbleibender Fader- 5
Geschwindigkeit.
Zusätzlich kann es sein, dass im Lastaufbau eine Achse kurzzeitig nach "unten" laufen muss. Dies ist gerade für verbrennungsmotorisch angetriebene Achsen schwer zu steuern, da im Verbrennungsmotor Luftschwingungen ausgeglichen werden müssen.
Diese intern getestete Überblendfunktion wird in Fig. 2 nochmal mit anderen Worten erläutert, um deren Nachteile nochmal graphisch deutlich zu machen.
Diese Nachteile werden durch die erfindungsgemäße Steuervorrichtung gelöst.
Erfindungsgemäß wird der Allradfaktor ohne Fader sprunghaft (sozusagen „digital“ mit Werten von 1 oder 0) geändert.
Dieser Wert faktorisiert also „digital“ den Gesamt-Fahrerwunsch (d.h. den Summenfahrerwunsch als Gesamt-Soll-Drehmoment aufgrund des Fahrerwunsch-Signals, das üblicherweise basierend auf einem gefilterten Fahrpedalbetätigungssignal ermittelt wird). Dies erzeugt für die einzelnen Achsen einen Wert, der bei einer Allradfaktor-Änderung zu einer Änderung der Einzel-Drehmomente des Primär- und/oder Sekundärmotors führt.
Die Einzel-Drehmomente werden über einen „ Rate-Lim iter“ (Gradienten- Begrenzungs-Modul zur Ausführung einer Drehmoment-Gradienten- Begrenzungsfunktion) kontinuierlich erreicht. Der Rate-Lim iter ist durch eine Fahrerwunsch-Gradient-abhängige Kennlinie definiert. Diese Kennlinie ist so bedatet, dass das Drehmoment der Primärachse bzw. des Primärmotors bei zunehmenden Fahrerwunschgradienten nicht „nach unten laufen“ darf; dazu soll erfindungsgemäß der Sekundärmotor „hochlaufen“ und der Primärmotor „verharren“. Außerdem darf das Drehmoment der Primärachse bzw. des Primärmotors bei abnehmenden Fahrerwunsch-Gradienten nicht „nach oben 6 laufen“; dazu soll erfindungsgemäß der Sekundärmotor „runterlaufen“ und der Primärmotor „verharren“.
Zusätzlich darf jede Achse nie mehr als den Summen-Lastschlag der Fahrerwunschfilterung übernehmen; d.h. der Gradient bei der Einzel- Drehmomentverstellung des Primärmotors und/oder des Sekundärmotors darf in der Regel nicht größer als der Gradient des Fahrerwunsches sein. Nur im Bereich der Konstantfahrt (konstanter Fahrerwunschgradient) ist ein Verschieben in Richtung eines höheren Gradienten (von beispielsweise +/- 20RadNm/Task) erlaubt.
Zusammenfassend werden mit der Erfindung folgende Wirkungen angestrebt:
1. Vermeidung eines schnelleren (Einzel-) Drehmoment-Gradienten (insbesondere im Rahmen der Einzeldrehmoment-Verstellung des Primärmotors) als der des Fahrerwunsches.
2. Vermeidung eines negativen Gradienten im Rahmen der Einzeldrehmoment-Verstellung des Primärmotors bei positivem Fahrerwunschgradienten.
3. Vermeidung Undefinierter Gradienten im Rahmen einer Überblendfunktion in Abhängigkeit vom Ausmaß der Drehmomentverstellung durch die erfindungsgemäße sprunghafte („digitale“) Änderung des Soll-Allradfaktors anstelle eines Faders mit rampenförmiger Allradfaktor-Verstellung.
Beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten DE 102021 105341 ist bereits eine Steuervorrichtung zum Betrieb eines straßengekoppelten Allradfahrzeuges mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit, mit einem einer Primärachse zugeordneten ersten Elektroantriebsmotor (Primärmotor) und mit einem einer Sekundärachse zugeordneten zweiten 7
Elektroantriebsmotor (Sekundärmotor) beschrieben. Diese Steuereinheit enthält ein Dynamik-Funktionsmodul dergestalt, dass bei Erkennen einer definierten dynamischen Fahrweise des Fahrers anhand des Fahrerwunsch- Gradienten während einer (Einachs-) Betriebsweise mit aktiviertem Primärmotor und deaktiviertem Sekundärmotor für ein vorgegebenes Zeitfenster ein durch den neuen Fahrerwunsch vorgegebener Gesamt-Soll- Momentverlauf ermittelt wird. Dieser wird entsprechend einem ebenfalls vorgegebenen Achsverteilungsfaktor durch Reduzieren des Soll-Moments des Primärmotors und durch Aktivieren sowie Erhöhen des Soll-Moments des Sekundärmotors eingestellt, auch wenn der vorgegebene Gesamt-Soll- Momentverlauf unterhalb eines maximal möglichen Moments des Primärmotors liegt.
Eine definierte dynamische Fahrweise des Fahrers wird anhand des Fahrerwunsch-Gradienten vorzugsweise erkannt, wenn der aktuelle Fahrerwunsch-Gradient einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
Aus Effizienzgründen kann es sinnvoll sein, bei elektrifizierten Allradfahrzeugen möglichst lange im Einachs-Betrieb (Fleckantrieb oder Frontantrieb) zu fahren. Die im vorzugsweise Einachs-Betrieb angetriebene Achse wird als Primärachse bezeichnet.
Bei dynamischer („instationärer“) Fahrweise ist es aus Leistungsgründen sinnvoll, die zweite Achse (Sekundärachse) zuzuschalten, um eine sportliche Leistungsreaktion (auch als „Response“ oder „Punch“ bezeichnet) des Fahrzeugs zu generieren. Eine dynamische Fahrweise wird insbesondere anhand eines steilen Gradienten der Fahrpedalbetätigung erkannt (auch als „Tip-in“ bezeichnet).
Insbesondere nach einer Tip-in-Erkennung wird mittels eines vorgegebenen Achsverteilungsfaktors das Gesamt-Sollmoment durch die beiden 8
Elektromotoren auf beiden Achsen gestellt. Dabei wird das Soll-Moment des Primärmotors reduziert und das Soll-Moment des Sekundärmotors erhöht.
Durch die Erfindung erhält nun nicht mehr nur das Stellen des Gesamtmomentes die höchste Priorität, sondern es wird auch die optimale Verteilung der Achsdrehmomente bezogen auf Effizienz, Leistung und Komfort berücksichtigt.
Details der Erfindung werden in den folgenden Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen straßengekoppelten Elektro-Allrad-Fahrzeuges mit den für die erfindungsgemäße Drehmoment-Begrenzungs-Funktion wesentlichen Komponenten,
Fig. 2 eine Diagramm-Darstellung des technischen Problems eines „Faders“ ohne erfindungsgemäße Steuervorrichtung,
Fig. 3 eine Diagramm-Darstellung einer möglichen erfindungsgemäßen Lösung des in Fig. 2 dargestellten Problems ohne „Fader“ und
Fig. 4 die Funktionsweise des Drehmoment-Begrenzungs-Moduls in schematischer mathematischer Darstellung.
In Fig. 1 ist ein sogenanntes straßengekoppeltes Allradfahrzeug mit einem ersten Elektromotor 1 als Primärmotor, der als Antriebsmotor beispielsweise auf die Hinterachse PA als Primärachse im Einachs-Betrieb wirkt, und mit einem zweiten Elektromotor 2 als Sekundärmotor, der als Antriebsmotor auf die Vorderachse SA als Sekundärachse im Zweiachs-Betrieb wirkt, 9 dargestellt. Die Elektromotoren 1 und 2 werden auch als Elektromaschinen oder E-Maschinen bezeichnet. Die Gesamt-Leistung bzw. das Gesamt- Drehmoment beider E-Maschinen (M_soll_ges = M_soll_1 + M_soll_2) wird durch ein gefiltertes Fahrerwunschsignal FPJnt vorgegeben und durch die maximal mögliche Leistung eines Hochvoltspeichers HV begrenzt: M_HV = M_soll_ges_grenz.
Der Primärmotor 1 kann eine eigene mechatronisch angebundene Teilsteuereinheit 4 und der Sekundärmotor 2 kann eine eigene mechatronisch angebundene Teilsteuereinheit 5 aufweisen. Beide Teilsteuereinheiten 4 und 5 sind mit einer zentralen elektronischen Steuereinheit 3 verbunden.
Ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs des Elektro-Allradfahrzeuges wird durch die zentrale elektronische Steuereinheit 3 durchgeführt, die ein entsprechendes programmierbares Funktionsmodul 6 sowie Verbindungen zu den erforderlichen Sensoren, Aktuatoren und/oder zu den optionalen Teilsteuereinheiten 4 und 5 aufweist. Erfindungsgemäß ist in der Steuereinheit 3 ein Gradienten-Begrenzungs-Funktionsmodul 6 beispielsweise in Form eines Software-Programms (Computerprogramm- Produkt) enthalten, auf dessen Ausgestaltung und Funktionsweise insbesondere in der Beschreibung zu den Figuren 3 und 4 näher eingegangen wird.
Fig. 2 zeigt - auch stellvertretend für Fig. 3 - ein Diagramm, auf dessen x- Achse die Zeit t und auf dessen y-Achse das Moment M (Drehmoment) aufgetragen ist. Die dünne durchgezogene Linie zeigt ein Beispiel für einen möglichen Verlauf des Fahrerwunsch-Signals in Form eines gefilterten Summensollmoments M_FP_int.
Zum Zeitpunkt t1 ist ein Fahrerwunsch-Signals FPJnt in Form eines schnellen „Tipln“ mit maximalem „Punch“ aufgezeichnet - also eine durch den Fahrerwusch über das Fahrpedel FP vorgegebene dynamische Gesamt- 10
Soll-Drehmoment-Erhöhung mit hohem Gradienten. Somit wird zum Zeitpunkt t1 durch den steilen Gradienten der Summensollmoments M_FP_int ein dynamischer Fahrerwunsch (Tipln-Situation) erkannt.
Ein derartiger definierter dynamischer Fahrerwunsch soll vorzugsweise im Einachsbetrieb, also mit einem Allradfaktor AWD von 100%, durch das Drehmoment M_soll_1 des Primärmotors 1 allein umgesetzt werden. Zum Zeitpunkt t2 folgt ein vergleichsweise langsamer „TipOut“ und zum Zeitpunkt 12 ein vergleichsweise langsamer „Tipln“.
In den Bereichen B1, B2 und B3 findet jeweils eine Überblendfunktion F bei einem Übergang vom Einachs-Betrieb zum Zweiachs-Betrieb mit vorgegebenem Allradfaktor AWD von 50% statt.
Wie in Fig. 2 dargestellt, würden ohne das erfindungsgemäße digitale Gradienten-Begrenzungs-Funktionsmodul 6 die oben dargestellten Nachteile auftreten. Beispielsweise wäre der Gradient des Drehmoments M_soll_1 des Primärmotors 1 im Bereich B1 bei zunehmendem Allradfaktor AWD mit Überblendfunktion F und bei zunehmendem Gesamt-Soll-Drehmomente M_FP_int („Summenfahrerwunsch“) aufgrund des steigenden Fahrerwunsch- Signals FPJnt steiler als der Gradient des Fahrerwunsch-Signals. Ebenso wäre der Gradient des Drehmoments M_soll_1 des Primärmotors 1 im Bereich B2 bei abnehmendem Allradfaktor AWD mit Überblendfunktion F und bei abnehmendem Gesamt-Soll-Drehmomente M_FP_int („Summenfahrerwunsch“) aufgrund des fallenden Fahrerwunsch-Signals FPJnt steiler als der Gradient des Fahrerwunsch-Signals. Darüber hinaus wäre der Gradient des Drehmoments M_soll_1 des Primärmotors 1 im Bereich B3 bei zunehmendem Allradfaktor AWD mit Überblendfunktion F und bei zunehmendem Gesamt-Soll-Drehmomente M_FPJnt („Summenfahrerwunsch“) im negativen Drehmoment zum Gradient bzw. zum Verlauf des Fahrerwunsch-Signals gegenläufig. Schließlich ist die Dauer der 11
Überblendfunktionen F in den Bereichen B1, B2 und B3 unterschiedlich bzw. Undefiniert lang und somit für den Fahrer möglicherweise irritierend.
In Fig. 3 wird das erfindungswesentliche Gradienten-Begrenzungs-Moduls 6 genauer erläutert:
Durch entsprechende erfindungsgemäße Ausgestaltung bzw. Programmierung des Gradienten-Begrenzungs-Moduls 6 wird eine Drehmoment-Gradienten-Begrenzungsfunktion in folgender Weise durchführbar:
Bei einer Änderung des Soll-Allradfaktors AWD aufgrund eines definierten Fahrerwunsch-Signals FPJnt bzw. Summenfahrerwunsches M_FP_int - z.
B. bei einer „Tipln“ Erkennung - wird erstens der neue Soll-Allradfaktor AWD sprunghaft (ohne Fader F) vorgegeben. Zweitens bildet im Rahmen der folgenden Allradfaktor-Verstellung der Gradient des Fahrerwunsch-Signals FPJnt bzw. des Summenfahrerwunsches M_FP_int die Gradienten- Begrenzung zur maximal zulässigen Verstellung des Drehmoments M_soll_1 des Primärmotors 1. Sprünge für unbegrenzten Einzel-Drehmomente, wie mit M_soll_1_roh für den Primärmotor 1 und mit M_soll_2_roh für den Sekundärmotor 2 dargestellt, sollen verhindert werden.
Das Drehmoment M_soll_1 des Primärmotors 1 wird derart gesteuert, dass die Richtung des Gradienten zur Verstellung des Drehmoments M_soll_1 des Primärmotors 1 im Rahmen einer Änderung des Soll-Allradfaktors AWD nicht gegenläufig zur Richtung des Gradienten des Fahrerwunsch-Signals FPJnt bzw. Summenfahrerwunsches M_FP_int verläuft.
Bei begrenzender Wirkung des Gradienten-Begrenzungs-Moduls 6 auf die Verstellung des Drehmoments M_soll_1 des Primärmotors 1 wird das Drehmoment M_soll_2 des Sekundärmotors 2 konstant gehalten. 12
Bei konstantem Fahrerwunsch-Signal FPJnt ist das Drehmoment M_soll_1 des Primärmotors 1 und/oder das Drehmoment M_soll_2 des Sekundärmotors 2 mit einem größeren Gradienten als dem des Fahrerwunsch-Signals FPJnt verstellbar.
Im negativen Drehmomentbereich wird bei zunehmendem Soll-Allradfaktor AWD das Drehmoment M_soll_1 des Primärmotors 1 konstant gehalten, bis das negative Drehmoment des Sekundärmotors 2 zum Erreichen des neuen Soll-Allradfaktors AWD erhöht wurde.
Anhand von Fig. 4 wird die Funktionsweise des Moduls 6 nochmal mathematisch erläutert, wobei stichpunktartig nochmal mit anderen Worten allgemeine erfindungsgemäße Beispiele genannt werden. Dabei wird der Soll-Allradfaktor kurz als „AWD Faktor“, das Drehmoment des Primärmotors kurz als „Pri-Achse“ und das Drehmoment des Sekundärmotors kurz als „Sec-Achse“ bezeichnet:
Fall 1 : Fahrerwunschgradient M_FP_int/dt = 0 (konstantes Fahren), AWD Faktor wechselt von 1 auf 0,5
=> Pri-Achse darf mit -20RadNm/Task nach unten laufen, Sec-Achse entsprechend mit +20 RadNm/Task nach oben bis die Verteilung gemäß AWD Faktor erreicht wurde.
Fall 2: Fahrerwunschgradient M_FPJnt/dt > 20RadNm (Tipln) AWD Faktor wechselt von 1 auf 0,5
=> Pri-Achse bleibt mit 0 RadNm/Task als Gradient konstant => SecAchse läuft mit dem Fahrerwunschgradient hoch => Wurde die Verteilung gemäß AWD Faktor erreicht, laufen beide Achsen mit dem faktorisierten Fahrerwunsch-Gradient multipliziert mit dem AWD 13
Faktor weiter.
Fall 3: Fahrerwunschgradient M_FP_int/dt < -20 RadNm/Task und AWD Faktor wechselt von 0,5 auf 1
=> Pri-Achse verharrt, da sie bei negativem Gradient nach oben laufen müsste
=> Sec-Achse baut über den Fahrerwunschgradient das Moment ab, bis sie auf 0 Nm ist (Verteilung = 1 erreicht)
=> Danach folgt die Pri-Achse zu 100% dem Gesamt Fahrerwunsch

Claims

14 Patentansprüche
1. Steuervorrichtung zum Betrieb eines straßengekoppelten Allradfahrzeuges mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit (3), mit mindestens einem einer Primärachse (PA) zugeordneten ersten Antriebsmotor (1) als Primärmotor und mit mindestens einem einer Sekundärachse (SA) zugeordneten zweiten Antriebsmotor (2) als Sekundärmotor, wobei die Steuereinheit (3) ein Gradienten- Begrenzungs-Modul (6) zur Ausführung einer Drehmoment-Gradienten- Begrenzungsfunktion dergestalt aufweist, dass bei einer Änderung des Soll-Allradfaktors (AWD) aufgrund eines definierten Fahrerwunsch- Signals (M_FP_int) erstens der neue Soll-Allradfaktor (AWD) sprunghaft vorgegeben wird und zweitens im Rahmen der folgenden Allradfaktor- Verstellung der Gradient des Fahrerwunsch-Signals (M_FP_int) die Gradienten-Begrenzung zur maximal zulässigen Verstellung des Drehmoments (M_soll_1, M_soll_2) des Primärmotors (1) und/oder des Sekundärmotors (2) bildet.
2. Steuervorrichtung nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment (M_soll_1) des Primärmotors (1) derart gesteuert wird, dass die Richtung des Gradienten zur Verstellung des Drehmoments (M_soll_1) des Primärmotors (1) im Rahmen einer Änderung des Soll-Allradfaktors (AWD) nicht gegenläufig zur Richtung des Gradienten des Fahrerwunsch-Signals (M_FP_int) verläuft.
3. Steuervorrichtung nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei begrenzender Wirkung des Gradienten-Begrenzungs-Moduls (6) auf die Verstellung des Drehmoments (M_soll_1) des Primärmotors (1) das Drehmoment des Sekundärmotors (2) konstant gehalten wird. 15 Steuervorrichtung nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei konstantem Fahrerwunsch-Signal (FPJnt) das Drehmoment (M_soll_1) des Primärmotors (1) und/oder das Drehmoment (M_soll_2) des Sekundärmotors (2) mit einem größeren Gradienten als dem des Fahrerwunsch-Signals (M_FP_int) verstellbar ist. Steuervorrichtung nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im negativen Drehmomentbereich bei zunehmendem Soll-Allradfaktor (AWD) das Drehmoment (M_soll_1) des Primärmotors (1) konstant gehalten wird, bis das negative Drehmoment des Sekundärmotors (2) zum Erreichen des neuen Soll-Allradfaktors (AWD) erhöht wurde. Elektronische Steuereinheit (3) mit einem Gradienten-Begrenzungs- Modul (6) in Form eines Computerprogrammprodukts für eine Steuervorrichtung nach einem der vorangegangenen Patentansprüche. Com puterprogramm produkt (6) für eine elektronische Steuereinheit (3) einer Steuervorrichtung nach einem der vorangegangenen Patentansprüche.
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