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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugantriebsstranges
gemäß der im
Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Aus
der
DE 103 44 972
A1 ist ein Antriebsstrang eines Allradfahrzeuges und ein
Verfahren zum Steuern und Regeln eines Antriebsstranges bekannt. Der
Antriebsstrang ist mit wenigstens zwei antreibbaren Fahrzeugquerwellen
bzw. Antriebsachsen des Fahrzeugs, mit einem zwischen einer Antriebsmaschine
und den Fahrzeugachsen angeordneten Hauptgetriebe zum Darstellen
verschiedener Übersetzungen
und mit drei steuer- und regelbaren reibschlüssigen Kupplungen ausgeführt. Eine
erste Kupplung ist zwischen dem Hauptgetriebe und einer ersten Fahrzeugquerwelle
angeordnet. Eine zweite Kupplung und eine dritte Kupplung des Antriebsstranges
sind jeweils zwischen einem Achsgetriebe und einem Antriebsrad der
zweiten Fahrzeugquerwelle angeordnet. Die Übertragungsfähigkeiten
der Kupplungen sind jeweils über
eine Aktuatorik einstellbar, wobei ein Antriebsmoment der Antriebsmaschine
zwischen den antreibbaren Fahrzeugquerwellen in Abhängigkeit
der eingestellten Übertragungsfähigkeiten
der Kupplungen verteilbar ist. Zudem ist der der zweiten Fahrzeugquerwelle
zugeführte
Anteil des Antriebsmomentes in Fahrzeugquerrichtung zwischen den
beiden Antriebsrädern
der zweiten Fahrzeugquerwelle in Abhängigkeit der eingestellten Übertragungsfähigkeiten
der zweiten und dritten Kupplung mit variierbaren Verteilungsgraden
verteilbar.
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Mit
dem bekannten Allradsystem besteht somit die Möglichkeit, ein Antriebsmoment
aktiv in Fahrzeugquer- und Fahrzeuglängsrichtung derart zu verteilen,
dass fahrdynamisch auf das System Fahrzeug eingewirkt werden kann.
Je nach Eingriffsart erfordert dies eine mehr oder weniger umfassende Betriebstrategie,
die unter Umständen
mit einem Motormanagement und einem ESP-System zu vernetzen ist.
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Sind
alle drei Kupplungen des Antriebsstranges geöffnet, ist der Momentenfluss
zwischen dem Abtrieb des Fahrzeuges und der Antriebsmaschine unterbrochen,
da im Vergleich zu mit einer Hinterachssperre ausgeführten Antriebssträngen vorliegend
kein Achsdifferenzial im Bereich der Fahrzeughinterachse vorliegt,
welches eine Grundverteilung des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine zwischen
den Antriebsrädern
der zweiten Fahrzeugquerwelle übernehmen
kann. Aus diesem Grund sind die mechanischen Eigenschaften eines
Achsdifferenzials im Bereich der zweiten Fahrzeugquerwelle durch
eine in einem Steuergerät
hinterlegte Funktionssoftware über
die zweite und dritte Kupplung darzustellen.
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Zudem
ist es zur Beeinflussung der Fahrdynamik eines mit dem vorbeschriebenen
Antriebsstrang ausgebildeten Fahrzeuges vorgesehen, in Abhängigkeit
der jeweils aktuellen Fahrsituation das von der Antriebsmaschine
aufgebrachte Antriebsmoment gezielt zwischen den beiden Fahrzeugquerwellen
und den beiden Antriebsrädern
der zweiten Fahrzeugquerwelle zu verteilen.
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Nachteilig
dabei ist jedoch, dass die an das Antriebsstrangsystem gestellten
verschiedenen Funktionsanforderungen nicht immer gleichzeitig in vollem
Umfang umsetzbar sind und sich unter Umständen nachteilhafterweise bis
zur gegenseitigen Einschränkung
wechselseitig beeinflussen. Darüber hinaus
ist das zur Beeinflussung der Fahrdynamik vorgesehene Steuer- und
Regelsystem sehr umfangreich, durch einen hohen Wartungsaufwand
gekennzeichnet und nur in eingeschränktem Umfang erweiterbar.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum Steuern eines Fahrzeugantriebsstranges zur Verfügung zu
stellen, das einen einfachen Aufbau aufweist, durch einen geringen
Wartungsaufwand gekennzeichnet ist und auf einfache Art und Weise
erweiterbar bzw. an verschiedene Antriebsstrangsysteme anpassbar
ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit einem Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugantriebsstranges
gemäß den Merkmalen
des Patentanspruches 1 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Steuern eines Fahrzeugantriebsstranges, der entweder mit jeweils
zwei zwischen einem Antriebsrad einer antreibbaren Fahrzeugquerwelle
bzw. einer Antriebsachse eines Fahrzeugs und einem Querverteilergetriebe
angeordneten reibschlüssigen
Schaltelementen zum variablen Verteilen des der Fahrzeugquerwelle
zugeführten
Antriebsmomentes in Fahrzeugquerrichtung zwischen den beiden Antriebsrädern oder
mit wenigsten einer ersten und mit einem reibschlüssigen Schaltelement
ausgebildeten Einrichtung zum variablen Verteilen eines Antriebsmomentes
einer Antriebsmaschine in Fahrzeuglängsrichtung zwischen zwei antreibbaren
Fahrzeugquerwellen und zwei weiteren jeweils zwischen einem Antriebsrad
einer der Fahrzeugquerwellen und einem Querverteilergetriebe angeordneten
reibschlüssigen Schaltelementen
zum variablen Verteilen des der zweiten Fahrzeugquerwelle zugeführten Anteils
des Antriebsmomentes in Fahrzeugquerrichtung zwischen den beiden
Antriebsrädern
ausgebildet ist, ist auf einfache Art und Weise an verschiedene
Antriebsstrangsysteme von Fahrzeugen anpassbar, durch einen geringen
Wartungsaufwand gekennzeichnet und durch einen einfachen Aufbau
charakterisiert.
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Dies
wird dadurch erreicht, dass die Übertragungsfähigkeiten
der Schaltelemente in Abhängigkeit
verschiedener Raddifferenzmomente der Antriebsrä der des Fahrzeugs oder dazu äquivalenter Betriebsgrößen des
Antriebsstranges eingestellt werden, die über mehrere antriebsstrangspezifisch
ausgeführte
Funktionsblöcke
ermittelt werden. Damit weist das erfindungsgemäße Verfahren als Gesamtfunktion
eine Funktionsstruktur auf, bei der die einzelnen Funktionsblöcke bzw.
Module klar definierbar sind und jeweils separat für sich gesehen
entwickelt und gewartet werden können.
Schnittstellen zwischen den Funktionsblöcken bzw. Modulen sind derart
festlegbar, dass die Funktionsblöcke
bzw. Module auf einfache Art und Weise austauschbar sind, für unterschiedliche
Antriebsstrangsysteme verwendet werden können und dass das Verfahren
durch einen klar strukturierten Aufbau gekennzeichnet ist. Darüber hinaus
ist der Gesamtfunktionsumfang des Vertahrens in Abhängigkeit
des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles nur mit geringem Aufwand
veränderbar,
da vorzugsweise im Wesentlichen lediglich die Funktionsblöcke anzupassen
sind und die Schnittstellen unverändert weiter verwendbar sind.
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Darüber hinaus
werden die ermittelten Raddifferenzmomente der Antriebsräder oder
die dazu äquivalenten
Betriebsgrößen des
Antriebsstranges jeweils für
jedes Antriebsrad über
ein Koordinationsmodul zu einem betriebszustandsabhängig gewichteten
Raddifferenzmoment oder einer dazu äquivalenten Betriebsgröße des Antriebsstranges
vereint, womit der aus dem Stand der Technik bekannte Nachteil,
dass verschiedene Funktionsanforderungen, welche jede für sich gesehen
eine Fahrdynamik eines Fahrzeuges positiv beeinflussen sollen, sich bei
gleichzeitiger Berücksichtigung
unter Umständen derart
gegenseitig beeinflussen, dass die Fahrdynamik eines Fahrzeuges
negativ beeinflusst wird, auf einfache Art und Weise vermieden wird.
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Generell
bietet der modulare Aufbau des erfindungsgemäßen Verfahrens die Möglichkeit, Änderungen
der Konfiguration im Antriebsstrang ohne eine komplette Neuentwicklung
der funktionalen Zusammenhänge
zu realisie ren, da der bestehende Funktionsumfang durch geringe
Anpassungsmaßnahmen
jeweils an ein neues Antriebsstrangsystem anpassbar ist.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Patentansprüchen
und dem unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen
Ausführungsbeispiel.
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Es
zeigt:
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1 eine
stark schematisierte Darstellung eines Antriebsstranges eines Allradfahrzeuges,
welcher mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
betrieben wird;
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2 ein
stark schematisiertes Blockschaltbild des zur Ansteuerung des Antriebsstranges
gemäß 1 verwendeten
erfindungsgemäßen Verfahrens;
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3 einen
als Fahrdynamikmodul ausgebildeten Funktionsblock des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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4 den
im Blockschaltbild gemäß 1 dargestellten
und als Schlupfreglermodul ausgeführten Funktionsblock;
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5 eine
detailliertere Darstellung eines als Grundverteilungsmoduls ausgeführten Funktionsblocks;
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6 ein
dem Grundverteilungsmodul, dem Schlupfreglermodul und dem Fahrdynamikmodul nachgeschaltetes
Koordinationsmodul des Verfahrens nach der Erfindung und
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7 ein
dem Koordinationsmodul im Verfahrensablauf folgendes Kupplungsschlupfmanagement.
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1 zeigt
einen Fahrzeugantriebsstrang 1 eines allradbetriebenen
Fahrzeugs in stark schematisierter Darstellung, der ein Antriebsaggregat 2 und ein
Hauptgetriebe 3 umfasst, wobei das Hauptgetriebe 3 jedes
an sich aus der Praxis bekannte Getriebe sein kann. Das Antriebsaggregat 2 ist
bei dem in
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1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
als Brennkraftmaschine ausgebildet und kann beispielsweise bei einer
vorteilhaften Weiterbildung auch als Elektromotor ausgeführt sein.
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Zwischen
einer ersten antreibbaren Fahrzeugquerwelle 4 bzw. Antriebsachse
des Fahrzeugs, die vorliegend eine Fahrzeugvorderachse darstellt und
in bekannter Weise auf jeder Fahrzeugseite mit wenigstens einem
Antriebsrad 4A, 4B verbunden ist, und dem Hauptgetriebe 3,
welches zur Darstellung verschiedener Übersetzungen vorgesehen ist,
ist eine erste Kupplung k_VA eines Verteilergetriebes 9 in
einem Längsantriebsstrang
I_HA angeordnet. Die erste Kupplung k_VA ist zwischen dem Hauptgetriebe 3 und
einer Einrichtung 6 zum Ausgleichen von Differenzdrehzahlen
zwischen den Antriebsrädern 4A und 4B der
ersten Fahrzeugquerwelle 4 angeordnet, wobei die Einrichtung 6 vorliegend
als ein an sich bekanntes Querverteilergetriebe ausgeführt ist.
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Des
Weiteren ist zwischen einem Achsgetriebe 7, über welches
ein in Richtung einer zweiten antreibbaren Fahrzeugquerwelle 5 bzw.
Antriebsachse des Fahrzeugs geführter
Teil des Antriebsmomentes der Brennkraftmaschine 2 in Richtung
zweier Antriebsräder 5A, 5B der
zweiten Fahrzeugquerwelle 5 führbar ist, und jeweils einem
der Antriebsräder 5A, 5B der
zweiten Fahrzeugquerwelle 5 eine zweite Kupplung k_HA_L
bzw. eine dritte Kupplung k_HA_R in Querverteilersträngen q_HA_L
und q_HA_R angeordnet.
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Über das
Querverteilergetriebe 6 besteht die Möglichkeit, die Antriebsräder 4A und 4B der
ersten Fahrzeugquerwelle 4 unabhängig voneinander entsprechend
den verschiedenen Weglängen
der linken bzw. rechten Fahrspur mit unterschiedlichen Drehzahlen
anzutreiben, wodurch ein der ersten Fahrzeugquerwelle 4 zugeführter Anteil
des Antriebsmomentes symmetrisch und somit giermomentenfrei zwischen
den Antriebsrädern 4A und 4B der
ersten Fahrzeugquerwelle 4 in Fahrzeugquerrichtung verteilbar
ist.
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Im
Gegensatz dazu wird die Querverteilung des der zweiten Fahrzeugquerwelle 5 zugeführten Anteils
des Antriebsmomentes über
die variabel einstellbaren Übertragungsfähigkeiten
der beiden Kupplungen k_HA_L und k_HA_R durchgeführt, wobei vorzugsweise jeweils
eine der beiden Kupplungen k_HA_L und k_HA_R in synchronem Zustand
betrieben wird und die jeweils andere Kupplung k_HA_R bzw. k_HA_L
schlupfend betrieben wird, um Verlustleistungen im Bereich der Schaltelemente
möglichst gering
halten zu können.
Dabei ist in Abhängigkeit der Übertragungsfähigkeit
der schlupfend betriebenen Kupplung k_HA_L bzw. k_HA_R der zweiten Fahrzeugquerwelle 5 ein
Querverteilungsgrad des der zweiten Fahrzeugquerwelle 5 zugeführten Anteils des
Antriebsmomentes zwischen 0 % bis 100 %, bezogen auf eines der beiden
Antriebsräder 5A oder 5B,
realisierbar.
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Dabei
steht der Querverteilungsgrad mit der Ansteuerung der zweiten Kupplung
k_HA_L und der Ansteuerung der dritten Kupplung k_HA_R derart in Zusammenhang,
dass der gesamte Anteil des Antriebsmomentes, welcher der zweiten
Fahrzeugquerwelle 5 zugeführt wird, jedem Antriebsrad 5A oder 5B zu
100 % zugeführt
wird, welches der synchron betriebenen Kupplung k_HA_R bzw. k_HA_L
nachgeschaltet ist, wenn die jeweils andere Kupplung k_HA_L bzw.
k_HA_R der Querverteilerstränge q_HA_L
und q_HA_R mit einer derartig reduzierten Übertragungsfähigkeit
betrieben wird, dass über
diese Kupplung kein Drehmoment übertragen
wird.
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Die
drei Kupplungen k_VA, k_HA_L und k_HA_R des Fahrzeugantriebsstranges 1 sind
vorliegend als steuer- und regelbare reibschlüssige Lamellenkupplungen ausgeführt, deren Übertragungsfähigkeiten über eine
an sich bekannte und in 1 nicht näher dargestellte Aktuatorik 8 einstellbar
sind. Der Einsatz der drei Kupplungen k_VA, k_HA_L und k_HA_R bietet
die Möglichkeit,
ein Antriebsmoment der Antriebsmaschine 2 bzw. ein Getriebeausgangsmoment
des Hauptgetriebes 3 variabel und bedarfsgerecht in Fahrzeuglängsrichtung
zwischen den beiden antreibbaren Fahrzeugquerwellen 4 und 5 sowie im
Bereich der Fahrzeugquerwelle 5 in Fahrzeugquerrichtung
zwischen den beiden Antriebsrädern 5A und 5B zu
verteilen.
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2 zeigt
ein stark schematisiertes Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens,
mittels welchem der in 1 dargestellte Fahrzeugantriebsstrang 1 derart
ansteuerbar ist, dass über
die beiden Schaltelemente k_HA_L und k_HA_R eine Grundverteilung
des der zweiten Fahrzeugquerwelle 5 zugeführten Anteils
des Getriebeausgangsmomentes des Getriebes 3 in derselben
Art und Weise durchgeführt
werden kann wie über
ein herkömmlich ausgeführtes Achsdifferenzial.
Ferner sind mittels des Verfahrens in Abhängigkeit einer jeweils aktuellen
Fahrsituation bzw. eines aktuellen Betriebszustandes des Fahrzeuges
verschiedene Anforderungen an eine Betriebsstrategie durch eine
gezielte Umverteilung des Getriebeausgangsmoments des Hauptgetriebes 3 im
Fahrzeugantriebsstrang 1 dahingehend umsetzbar, dass die
Fahrdynamik eines Fahrzeuges bedarfsgerecht an den aktuellen Betriebszustand
des Fahrzeuges zur Verbesserung eines Fahrkomforts sowie zur Verbesserung
einer Fahrsicherheit anpassbar ist.
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Dazu
weist das Verfahren zum Steuern des Fahrzeugantriebsstranges 1 bei
dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere und
miteinander über
Schnittstellen verknüpfte
Funktionsmodule M1 bis M7 auf, die eine klar definierte Funktionsstruktur
ausbilden. Die Funktionsmodule M1 bis M7 stellen unabhängig voneinander
entwickelbare Teilbereiche dar, die über definierte Schnittstellen
derart miteinander verknüpft
sind, dass die Module ohne aufwändige Veränderung
der Schnittstellen austauschbar sind und in unterschiedlichen Projekten
wieder verwendbar sind. Damit besteht auf einfache Art und Weise die
Möglichkeit,
das erfindungsgemäße Verfahren
an unterschiedliche Antriebsstrangkonzepte durch Veränderung
des Gesamtfunktionsumfanges anzupassen, wobei eine Erweiterung des
Gesamtfunktionsumfanges problemlos umsetzbar ist.
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Über die
Funktionsmodule bzw. Funktionsblöcke
M1 bis M3 werden in Abhängigkeit
verschiedener Eingangsgrößen, die
vorzugsweise Betriebszustandsparameter des Fahrzeugs sind, wie Drehzahlen,
Motormoment, Lenkradwinkel, Gierrate sowie am Fahrzeug angreifende
Längs-
und Querbeschleunigungen, Raddifferenzmomente Δ m_rad_i der Antriebsräder 4A bis 5B oder
dazu äquivalenter Betriebsgrößen des
Fahrzeugantriebsstranges 1 ermittelt. Anschließend werden
die Ausgangsgrößen der
Funktionsblöcke
M1 bis M3 darstellenden Raddifferenzmomente Δ m_rad_i der antriebsstrangspezifisch
ausgeführten
Funktionsblöcke
M1 bis M3 dem als Koordinatormodul ausgeführten Funktionsmodul M4 als
Eingangsgrößen zugeführt und
im Koordinationsmodul M4 für
jedes Antriebsrad 4A, 4B, 5A, 5B zu
einem betriebszustandsabhängig
gewichteten Raddifferenzmoment Δ m_rad_g_i
oder einer dazu äquivalenten
Betriebsgröße des Fahrzeugantriebsstranges 1 vereint.
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Die
betriebszustandsabhängig
gewichteten Raddifferenzmomente m_rad_g_i werden dem als Kupplungsschlupfmanagement
ausgeführten
Funktionsmodul M5 als Eingangsgröße zugeführt und
in Steuerwerte für
die in 1 dargestellten Aktuatoren 8 zum Einstellen der Übertragungsfähigkeiten
der Schaltelemente k_VA, k_HA_L und k_HA_R umgewandelt, die die
Schaltelemente jeweils mit den zur Einstellung der für die Umsetzung
der angeforderten Fahrdynamik erforderlichen Radmomente m_rad_4A,
m_rad_4B sowie m_rad_5A und m_rad_5B erforderlichen Übertragungsfähigkeiten darstellen.
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Die
Funktionsmodule M6 und M7 sind als so genannte intelligente Stelleinrichtungen
ausgeführt, deren
Schnittstelle aus einer physikalischen Größe besteht, d. h. vorliegend
aus einem an den Schaltelementen einzustellenden zu übertragenden
Drehmoment, die unabhängig
von der Aktuierung ist. Dies bietet den Vorteil, dass temperaturbedingte,
verschleißbedingte
und bauartbedingte Einflüsse
im Bereich des Funktionsmodules M6, welches das Schaltelement k_VA
des Verteilergetriebes 9 ansteuert, und im Bereich des
Funktionsmodules M7, über
welches die Schaltelemente k_HA_L und k_HA_R angesteuert werden,
berücksichtigt
werden und im Bereich der im Verfahrensablauf den Funktionsmodulen M6
und M7 vorgelagerten Funktionsmodulen M1 bis M5 nicht berücksichtigt
werden müssen.
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Über den
vorliegend als Grundverteilungsmodul ausgeführten Funktionsblock M1 werden
vorliegend im Wesentlichen Anforderungen an die Betriebsstrategie,
wie ein so genanntes Mitfahren der Kupplungsmomente in Abhängigkeit
des Getriebeausgangsmoments des Hauptgetriebes 3, eine Verhinderung
eines hochdrehenden Motors aufgrund zu geringer Übertragungsfähigkeiten
der Schaltelemente des Fahrzeugantriebsstranges 1 sowie
eine Optimierung des Reifenkraftpotenzials unter Berücksichtigung
der Aufstands-, Längs-
und Querkraft, berücksichtigt.
Insbesondere letztgenannte Anforderung wird vorliegend unter Berücksichtigung
des Kammschen Kreises umgesetzt, der in angenäherter Form ein Verhältnis der
aktuell übertragenen
Seitenführungskräften zu
noch übertragbaren
Beschleunigungskräften
oder umgekehrt bei verschiedenen Schräglaufwinkel und Sturzwinkel
der Antriebsräder anzeigt.
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Über das
als Schlupfreglermodul ausgeführte
Funktionsmodul M2 wird im Wesentlichen eine Momentenunterstützung bei
auftretenden Reifenschlupfereignissen, d. h. druchdrehenden Rädern durchgeführt, indem
insbesondere die Schaltelemente k_HA_L und k_HA_R bei durchdrehenden
Antriebsrädern 5A und 5B geschlossen
werden, wobei einem gleichzeitigen Durchdrehen aller Antriebsräder 4A bis 5B durch
einen entsprechenden Motoreingriff entgegengetreten wird.
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Die
Einleitung eines aktiven Giermoments durch asymmetrische Längskraftverteilung
im Fahrzeugantriebsstrang, eine Unterstützung des Kurvenverhaltens
durch eine entsprechende Momentenverteilung, d. h. einem so genannten
Lenken durch gezielten Antrieb, und eine Reaktion auf ein übersteuerndes
oder untersteuerndes Fahrverhalten durch eine Fahrdynamikregelung,
wird durch das vorliegend als Fahrdynamikmodul ausgeführte Funktionsmodul
M3 zur Verfügung
gestellt.
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Zusätzlich sollen
jedoch im Fahrzeugantriebsstrang auch Verspannungen verhindert werden und
eine Koordination der Schaltelemente bezüglich eines vollständig geschlossenen
Zustandes und eines Schlupfbetriebes durch ein entsprechendes Zusammenspiel
der Funktionsmodule M1 bis M7 ermöglicht werden, um einen hohen
Fahrkomfort zu erreichen, kritische Fahrsituationen zu vermeiden
und Bauteilbeschädigungen
im Bereich des Fahrzeugantriebsstranges 1 zu verhindern.
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In 3 ist
das Fahrdynamikmodul M3 gemäß 2 in
detaillierter Form dargestellt. In einem Schritt S1 wird zunächst in
Abhängigkeit
eines Lenkradwinkels φ und
der Fahrzeuggeschwindigkeit v_fzg über ein einspuriges Fahrzeugmodell
eine Soll-Gierrate ψ_soll
bestimmt, welche als Eingangsgröße einem
zweiten Schritt S2 zugeführt
wird, in dem unter Berücksichtigung
einer über
eine Sensoreinrichtung ermittelten Ist-Gierrate ψ_ist eine Regelabweichung ermittelt
werden. Anschließend
werden in einem Schritt S3 die Regelabweichung zwischen der gemessenen
Ist-Gierrate ψ_ist
und der berechneten Soll-Gierrate ψ_soll nach der Zeit abgeleitet
und in den Schritten S4 und S5 die Raddifferenzmomente Δ m_rad_i
(M1) für
die Antriebsräder 4A bis 5B in
Abhängigkeit
der im Schritt S2 ermittelten Regelabweichung und der im Schritt
S3 ermittelten Ableitung der Regelabweichung vorzugsweise mit unterschiedlicher
Verstärkung
bestimmt, die die Eingangswerte für das Koordinationsmodul M4
bilden.
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4 zeigt
eine bevorzugte Ausführung
des Schlupfreglermoduls M2 mittels welchem Regelabweichungen zwischen
einem Ist-Schlupf s_ist und einem Soll-Schlupf s_soll der Schaltelemente
k_VA, k_HA_L und k_HA_R bestimmt werden. Dabei werden die Ist-Schlupfwerte
s_ist der Schaltelemente k_VA, k_HA_L und k_HA_R in Abhängigkeit
einer Getriebeausgangsdrehzahl n_g_ab des Hauptgetriebes 3 des
Fahrzeugantriebsstranges 1 und der Drehzahlen n rad der
Antriebsräder 4A bis 5B ermittelt. Parallel
dazu werden die Soll-Schlupfwerte s_soll der Schaltelemente k_VA,
k_HA_L und k_HA_R in einem Schritt S7 anhand eines Berechungsalgorithmus, vorliegend
anhand der Ackermannbeziehung, für eine
kinematische Kurvenfahrt ermittelt, welche vorzugsweise um Werte
erweitert werden, die zu geschätzten
Längsschlupfwerten
der Antriebsräder 4A bis 5B äquivalent
sind. Anschließend
werden jeweils in Schritten S8, S9 und S10 Regelabweichungen zwischen
den Ist-Schlupfwerten s_ist und den Soll-Schlupfwerten s_soll der
Schaltelemente ermittelt und für
die Antriebsräder 4A bis 5B mittels PID-Reglern
R1, R2 und R3 jeweils ein einen Korrekturwert darstellendes Raddifferenzdrehmoment Δ m_rad_4A
(M2), Δm_rad_4B
(M2), Δ m_rad_5A (M2), Δ m_rad_5B
(M2) in Abhängigkeit
der in den Schritten S8 bis S10 bestimmten Regelabweichungen ermittelt.
Da die Schaltelemente k_HA_L und k_HA_R bei durchdrehenden Antriebsrädern 5A und 5B schließen, wird
bei der Regelung nicht auf die Raddrehzahldifferenzen sondern auf
Kupplungsdifferenzdrehzahlen zurückgegriffen,
wobei die Kupplungsdifferenzdrehzahlen in vorgenannter Art und Weise
jeweils aus der Getriebeausgangsdrehzahl n_g_ab und den Raddrehzahlen
n ab der Antriebsräder 4A bis 5B ermittelt
werden.
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5 zeigt
eine detailliertere Darstellung des Grundverteilungsmoduls M1 gemäß 1, über welches
eine Grundverteilung des den Antriebsrädern 4A bis 5B jeweils über die
Schaltelemente k_VA, k_HA_L und k_HA_R betriebszustandsabhängig zuzuführenden
Drehmomente ermittelt wird. Dabei wird in einem Schritt S11 aus
einer statischen Gewichtsverteilung Gvt des Fahrzeugs und an dem Fahrzeug
angreifenden dynamischen Längs-
und Querbeschleunigungsanteilen a_fzg_l und a_fzg_q eine Radlastschätzung durchgeführt, die
einem Schritt S12 als Eingangswert zugeführt wird. Im Schritt S12 wird
neben der Radlastschätzung
aus dem Schritt S11 zusätzlich
in Abhängigkeit
des Getriebeausgangsmoments m_g_ab des Hauptgetriebes 3,
einer Betätigungsgeschwindigkeit
v_p des Fahrpedals sowie einer Betätigungsgeschwindigkeit v_lk
des Lenkrades die Raddifferenzmomente m_rad_i (M1) für die Antriebsräder 4A bis 5B bestimmt.
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Dabei
wird das Getriebeausgangsmoment m_g_ab in dem Grundverteilungsmodul
M1 aus dem Antriebsmoment der Antriebsmaschine, einem Status des
Hauptgetriebes 3 des Fahrzeugantriebsstranges 1 und
vorzugsweise einer Wandlerüberhöhung eines
hydrodynamischen Drehmomentwandlers bestimmt, das proportional zu
der in Schritt S11 bestimmten Radlastschätzung zwischen den Antriebsrädern 4A bis 5B verteilt
wird.
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In 6 ist
eine ausführlichere
Darstellung des Koordinationsmoduls M4 des erfindungsgemäßen Verfahrens
gezeigt, in dem die Gewichtung der über die Funktionsmodule M1
bis M3 ermittelten Raddifferenzmomente Δ m_rad_i (M1), Δ m_rad_i (M2)
und Δ m_rad_i
(M3) in Abhängigkeit
eines aktuellen Fahrzustandes erfolgt, die anhand verschiedener
Betriebszustandsparameter, d. h. vorliegend dem aktuellen Lenkradwinkel φ, der Fahrzeuggeschwindigkeit
v fzg und der Querbeschleunigung a_fzg_q des Fahrzeugs über einen
so genannten Zustandsgraphen ZM4 durchgeführt wird.
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Der
Zustandsgraph ZM4 umfasst mehrere durch vordefinierte Übergangsbedingungen
miteinander verknüpfte
Regeleinheiten RE1 bis REi zum Regeln vordefinierter Betriebszustände des
Fahrzeugs, welche jeweils in Abhängigkeit
der vorgenannten ermittelten Betriebszustandsparameter, d. h. dem Lenkradwinkel φ der Fahrzeuggeschwindigkeit v_fzg
und der Querbeschleunigung a_fzg_q, ausgewählt werden.
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Das
bedeutet, dass das Koordinationsmodul M4 die Anforderungen der drei
Funktionsmodule bzw. Funktionsblöcke
M1 bis M3 aufnimmt und daraus in Abhängigkeit einer aktuellen Fahrsituation
für jedes
Antriebsrad 4A bis 5B in einem Schritt S13 eine einzige
weiterzuleitende Anforderung Δ m_rad_g_i erzeugt.
Der dabei zugrunde liegende Mechanismus kann auf einem harten Umschalten
zwischen den einzelnen Vorgaben der Funktionsmodule M1 bis M3, einem
gewichteten Aufaddieren aller Vorgaben oder auf einem Optimierungsalgorithmus
mit festzulegenden Kriterien, wie beispielsweise einem sportlichen Fahrverhalten,
einem verbrauchsorientierten Fahrverhalten oder dergleichen, basieren.
Im Vordergrund steht dabei, dass die einzelnen vorgenannten Anforderungen
an die Betriebsstrategie ihre Funktionsziele im größtmöglichen
Umfang erreichen, ohne dabei gegenseitig in Konflikt zu geraten.
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Ferner
ist in dem Koordinationsmodul M4 zur Reduzierung einer Regelabweichung
im Bereich der Funktionsblöcke
M1 bis M3 eine Rückmeldungsroutine
für die
Funktionsblöcke
M1 bis M3 implementiert in welchem Umfang ihre Raddifferenzmomentanforderungen Δ m_rad_i
(M1) bis Δ m_rad_i
(M3) jeweils in den über
das Koordinationsmodul M4 bestimmten, gewichteten Raddifferenzmomenten Δ m_rad_g_i Eingang
gefunden haben, da ohne eine derartige Rückmeldungsroutine im Steuersystem
integrierte Regler mit zunehmender Betriebsdauer unter Umständen eine
hohe Regelabweichung ermitteln und hohe Reglerausgangsgrößen generieren.
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Das
in 1 lediglich stark schematisiert dargestellte Kupplungsschlupfmanagement
M5 ist in 7 in ausführlicherem Umfang dargestellt,
wobei im Kupplungsschlupfmanagement M5 in einem Schritt S14 eine
so genannte relative und absolute Überanpressung der Schaltelemente
k_VA, k_HA_L und k_HA_R in Abhängigkeit
des Getriebeausgangsmomentes m_g_ab des Hauptgetriebes 3 ermittelt wird.
Damit wird ein so genanntes Weglaufen der Drehzahl der Antriebsmaschine 2 aufgrund
von Schwankungen des Antriebsmoments der Antriebsmaschine 2 und
der Übertragungsfähigkeiten
der Schaltelemente k_VA, k_HA_L und k_HA_R verhindert. Unter dem
Begriff relative Überanpressung
der Schaltelemente wird vorliegend ein proportional zum Getriebeausgangsmoment
m_g_ab bestimmter Wert der Übertragungsfähigkeit
der Schaltelemente verstanden, um den die Übertragungsfähigkeiten
zum Vermeiden eines Schlupfbetriebes betragsmäßig höher eingestellt werden als
dies eigentlich zum Übertragen
des jeweils anliegenden Drehmomentes erforderlich wäre.
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Da
die relative Überanpressung
der Schaltelemente beispielsweise bei einem Übergang des Fahrzeugantriebsstranges 1 von
einem Zugbetrieb in einen Schubbetrieb zumindest in einem kurzen
Zeitfenster in einem niedrigen Drehmomentbereich absinkt, führt dies
unter Umständen
zu Betriebszuständen
der Schaltelemente k_VA, k_HA_L und k_HA_R des Fahrzeugantriebsstranges,
dass diese die anliegenden Drehmomente nicht in dem gewünschten Umfang übertragen,
und unerwünschterweise
in einen Schlupfbetrieb übergehen.
Aus diesem Grund werden die Übertragungsfähigkeiten
der Schaltelemente k_VA, k_HA_L und k_HA_R in Bezug auf einen Schwellwert
des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine jeweils zusätzlich zu
dem relativen Anteil um einen absoluten Anteil erhöht eingestellt, wobei
die betragsmäßige Erhöhung der Übertragungsfähigkeiten
der Schaltelemente k_VA, k_HA_L und k_HA_R in Abhängigkeit
eines über
einen Zustandsgraphen ZM5 fahrsituationsabhängig ermittelten Verteilungsvektors
v_vek in einem Schritt S15 zwischen den Schaltelementen k_VA, k_HA_L
und k_HA_R verteilt wird.
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Damit
ist in allen Betriebsbereichen des Fahrzeugantriebsstranges 1 gewährleistet,
dass die Schaltelemente, welche sicher in vollständig geschlosse nem Zustand
betrieben werden sollen, mit einer entsprechenden Überanpressung
dargestellt werden. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen,
dass insbesondere zur Vermeidung von Verspannungen im Antriebsstrang
sowie der vorbeschriebenen Koordination der Kupplungen in Bezug auf
einen geschlossenen und einen schlupfenden Betrieb das Verfahren
nach der Erfindung spezielle Übergangsstrategien
zum Überführen der
Schaltelemente aus einem vollständig
geschlossenem Betrieb in einen Schlupfbetrieb der Schaltelemente
und umgekehrt aufweisen kann.
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Das
beschriebene erfindungsgemäße Verfahren
zum Steuern eines Fahrzeugantriebsstranges ist nicht auf den in 1 dargestellten
Fahrzeugantriebesstrang 1 beschränkt, sondern kann aufgrund seiner
Funktionsstruktur auf einfache Art und Weise auch bei anderen Antriebsstrangsystemen
Anwendung finden. So besteht die Möglichkeit, einen Antriebsstrang
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu
betreiben, der anstatt dem mit den Schaltelement k_VA ausgebildeten
Verteilergetriebe 9 eine feste Drehmomentverteilung zwischen
der ersten Fahrzeugquerwelle 4 und der zweiten Fahrzeugquerwelle 5 aufweist,
oder lediglich mit einem Vorderachs- oder Hinterachsantrieb ausgeführt ist,
der jeweils mit den beiden Schaltelementen k_HA_L und k_HA_R ausgeführt ist.
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- 1
- Antriebsstrang
- 2
- Antriebsmaschine,
Brennkraftmaschine
- 3
- Hauptgetriebe
- 4
- erste
Fahrzeugquerwelle
- 4A,
B
- Antriebsräder der
ersten Fahrzeugquerwelle
- 5
- zweite
Fahrzeugquerwelle
- 5A,
B
- Antriebsräder der
zweiten Fahrzeugquerwelle
- 6
- Querverteilergetriebe
- 7
- Achsgetriebe
- 8
- Aktuatorik
- 9
- Verteilergetriebe
- a_fzg_q
- Querbeschleunigung
des Fahrzeugs
- a_fzg_l
- Längsbeschleunigung
des Fahrzeugs
- Gvt
- Gewichtsverteilung
- k_VA
- erste
Kupplung
- k_HA_L
- zweite
Kupplung
- k_HA_R
- dritte
Kupplung
- l_va
- Längsverteilerantriebsstrang
zur Vorderachse
- m_g_ab
- Getriebeausgangsmoment
des Hauptgetriebes
- M1
bis M7
- Funktionsmodul
- n_g_ab
- Getriebeausgangsdrehzahl
- q_HA_L
- Querverteilerstrag
- q_HA_R
- Querverteilerstrang
- R1
bis R3
- PID-Regler
- RE1
bis REi
- Reglereinheit
- s
- Schlupf
- s_ist
- Ist-Schlupf,
Ist-Schlupfwert
- S1
bis S15
- Schritt
- s_soll
- Soll-Schlupf,
Soll-Schlupfwert
- v_vek
- Verteilungsvektor
- v_fzg
- Fahrzeuggeschwindigkeit
- v_lk
- Betätigungsgeschwindigkeit
des Lenkrades
- v_p
- Betätigungsgeschwindigkeit
des Fahrpedal
- ZM4
- Zustandsgraph
- ZM5
- Zustandsgraph
- φ
- Lenkradwinkel
- ψ
- Gierrate
- ψ_ist
- Ist-Gierrate
- ψ_soll
- Soll-Gierrate
- Δ m_rad_g_i
- gewichtetes
Raddifferenzmoment
- Δ m_rad_i
- Raddifferenzmoment