DE102011006813B4

DE102011006813B4 - Fahrzeugstabilitäts- und -lenkbarkeitssteuerung über elektrische Drehmomentverteilung

Info

Publication number: DE102011006813B4
Application number: DE102011006813.9A
Authority: DE
Inventors: Hai Yu; Wei Liang; Ming Lang Kuang; Ryan Abraham McGee
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2010-04-16
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2025-02-13
Anticipated expiration: 2031-04-07
Also published as: US20110257826A1; DE102011006813A1; US8504238B2; CN102218988B; CN102218988A

Abstract

System zum Verteilen von Antrieb in einem Fahrzeug (10, 50), wobei das System Folgendes umfasst:
eine an das Fahrzeug (10, 50) gekoppelte Vorderachse (20, 52) und Hinterachse (16, 54);
einen an die Vorderachse (20, 52) gekoppelten Vorderachsmotor (28);
einen an die Hinterachse (16, 54) gekoppelten Hinterachsmotor (18);
ein an den Vorderachs- und Hinterachsmotor (28, 18) elektronisch gekoppeltes elektronisches Steuergerät (38), wobei
das elektronische Steuergerät (38) dazu ausgebildet ist, in einem Untersteuerungszustand des Fahrzeugs und wenn sich das Fahrzeug (10, 50) in einer Richtung bewegt, in der die Vorderachse (20, 52) führt, zum einen den Hinterachsmotor (18) dahingehend anzusteuern, der Hinterachse (16, 54) zugeführtes Drehmoment zu erhöhen und zum anderen den Vorderachsmotor (28) dahingehend anzusteuern, der Vorderachse (20, 52) zugeführtes Drehmoment zu reduzieren, wobei das verringerte Drehmoment ein Bremsmoment ist, sodass durch den Vorderachsmotor (28) elektrische Energie erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die von dem Vorderachsmotor (28) erzeugte elektrische Energie dem Hinterachsmotor (18) zugeführt wird.

Description

HINTERGRUND
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Fahrzeugsteuersystem und ein Verfahren, die Fahrzeugstabilität und -leistung verbessern.
2. Allgemeiner Stand der Technik
Stabilitätssteuersysteme werden zunehmend in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Bei einigen vorbekannten Systemen mit zwei angetriebenen Achsen wird eine mechanische Kopplung zwischen der Vorder- und Hinterachse des Fahrzeugs bereitgestellt. Für den Fall, dass einer oder beide der Reifen, der bzw. die der angetriebenen Primärachse zugeordnet ist bzw. sind, Traktion verlieren, wird die Kopplungsvorrichtung, die normalerweise ausgekoppelt ist, dahingehend angesteuert, die beiden Achsen zu koppeln, so dass Drehmoment zwischen einer Primärachse und einer Sekundärachse umverteilt wird. Wenngleich ein derartiges mechanisches System im Vergleich zu einem rein bremsenden Ansatz, wie etwa einem Bremssystem mit ABS, eine verbesserte Leistung liefert, weist ein mechanisches System mehrere Nachteile auf. Es besteht eine Verzögerung zwischen der Zeit, zu der der Traktionsverlust erfasst wird, und der mechanische Koppler das Drehmoment von den durchdrehenden Rädern der Primärachse auf die Räder der Sekundärachse tatsächlich umverteilt. In Situationen, in denen beispielsweise eine Eisfläche angetroffen wird, wobei sich die Fahrbahnbedingungen sehr schnell ändern können, ist ein mechanisches System nicht in der Lage, eine Änderung bei der Drehmomentverteilung ausreichend schnell zu bewirken. Aufgrund der Reibungsverluste und des Drehmomentübertragungsvermögens durch den mechanischen Koppler ist zudem die Summe der den beiden Achsen zugeführten Drehmomente etwas kleiner als das, das der Antriebsstrang der Primärachse zuführt. Wenn der mechanische Koppler aktiviert wird, kommt es somit zu einem Abfall bei der Längsleistung des Fahrzeugs, was während einer Beschleunigung besonders spürbar sein kann. Die Fähigkeit eines mechanischen Systems, Drehmoment umzuverteilen, kann hinsichtlich des Drehmoments begrenzt sein und weiterhin durch Umgebungseinflüsse, wie etwa die Temperatur, erschwert werden.
Des Weiteren hat sich eine Änderung der Drehmomentverteilung in Untersteuerung- und Übersteuerungskurvenfahrtsituationen als nützlich herausgestellt. Ein mechanischer Koppler kann dazu verwendet werden, die Primär- und die Sekundärachse zu koppeln, um das Drehmoment zwischen den Achsen so umzuverteilen, dass eine unerwartete Fahrzeuguntersteuerungs- oder -übersteuerungstendenz kompensiert wird. Wie bei dem Wunsch einer Drehmomentumverteilung für ein vorwärts fahrendes Fahrzeug, das ein ungenügendes oder übermäßiges Moment antrifft, reagiert der mechanische Koppler jedoch langsamer als erwünscht, und die Drehmomentumverteilung wird im Koppler weniger genau gesteuert, so dass der Fahrzeugführer eine unbequeme Änderung der Fahrzeugabbiegeeigenschaft bemerkt.
Eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sind in JP 2007- 55 476 A bzw. DE 10 2009 045 418 A1 offenbart.
Weitere für den Stand der Technik relevante Druckschriften sind US 7 591 339 B2 und DE 100 49 567 A1 .
Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik hinsichtlich der genannten unbequemen Änderung der Fahrzeugabbiegeeigenschaft vorteilhaft weiterzubilden.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Um mindestens ein Problem des allgemeinen Stands der Technik zu überwinden, werden ein System gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 7 beschrieben. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Demnach wird ein Verfahren zur Verteilung von Antrieb auf die Vorder- und Hinterachse eines Fahrzeugs offenbart, das Schätzen der Istgierrate, Schätzen der Sollgierrate und Zuführen von elektrischer Energie zu einem Vorderachsmotor bei Übersteuerung umfasst. Übersteuerung liegt dann vor, wenn die Istgierrate die Sollgierrate um mehr als eine erste Schwellgierrate übersteigt. Darüber hinaus kann bei Übersteuerung elektrische Energie von einem an die Hinterachse gekoppelten Motor abgezogen werden. Oder falls der Hinterachsmotor der Hinterachse Drehmoment zuführt, wird dem Hinterachsmotor zugeführte elektrische Energie reduziert. Bei einer Ausführungsform wird von dem Hinterachsmotor abgezogene elektrische Energie dem Vorderachsmotor direkt zugeführt.
Bei Untersteuerung wird dem Hinterachsmotor elektrische Energie zugeführt. Des Weiteren wird bei Untersteuerung elektrische Energie vom Vorderachsmotor abgezogen. Vom Vorderachsmotor abgezogene elektrische Energie kann dem Hinterachsmotor direkt zugeführt werden. Die von dem an die Vorderachse gekoppelten Motor abgezogene elektrische Energie und die dem an die Hinterachse gekoppelten Motor direkt zugeführte Energie wird so zugeführt, dass eine Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs, oder die vom Fahrzeugführer gewünschte, weitgehend unbeeinflusst bleibt. Untersteuerung liegt dann vor, wenn eine Sollgierrate die Istgierrate um mehr als eine zweite Schwellgierrate übersteigt. Die Istgierrate wird auf Grundlage von mit dem Fahrzeug gekoppelten Sensoren geschätzt. Oder die Istgierrate wird in Abhängigkeit von dem Sensorsatz direkt gemessen. Die Sollgierrate basiert auf einem mit einem Lenkrad des Fahrzeugs gekoppelten Sensor.
Es wird ein System zum Verteilen von Antrieb in einem Fahrzeug offenbart, das Folgendes enthält: eine an das Fahrzeug gekoppelte erste Achse, einen an die erste Achse gekoppelten Verbrennungsmotor, einen an die erste Achse gekoppelten ersten Achsmotor, eine an das Fahrzeug gekoppelte zweite Achse, einen an die zweite Achse gekoppelten zweiten Achsmotor, und ein elektronisch an den Verbrennungsmotor und die Achsmotoren gekoppeltes elektronisches Steuergerät (ECU). Das ECU steuert den zweiten Achsmotor dahingehend an, der zweiten Achse zugeführtes Drehmoment zu erhöhen, wenn sich das Fahrzeug in einer Richtung bewegt, in der die erste Achse führt, und sich das Fahrzeug in einer Untersteuerungssituation befindet. Die ECU steuert den ersten Achsmotor dahingehend an, der ersten Achse zugeführtes Drehmoment zu verringern, wenn sich das Fahrzeug in einer Richtung bewegt, in der die erste Achse führt, und sich das Fahrzeug in der Untersteuerungssituation befindet. Das verringerte Drehmoment ist ein Bremsmoment, so dass durch den ersten Achsmotor elektrische Energie erzeugt wird. Bei einer Ausführungsform wird die von dem ersten Achsmotor erzeugte elektrische Energie dem zweiten Achsmotor zugeführt.
Das System kann einen Lenkungssensor, der an ein Lenkrad gekoppelt ist, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor und einen Gierratensensor, der an das Fahrzeug gekoppelt ist, die elektronisch an das ECU gekoppelt sind, enthalten. Das ECU, das an die Sensoren elektronisch gekoppelt ist, bestimmt die Sollgierrate auf Grundlage eines Signals von dem Lenkungssensor und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor. Weiterhin bestimmt das ECU eine Istgierrate auf Grundlage eines Signals von dem Gierratensensor. Oder das ECU kann in Abhängigkeit von dem Sensorsatz die Istgierrate auf Grundlage anderer Sensoren schätzen. Eine Untersteuerungssituation basiert auf der Sollgierrate, die die Istgierrate um mehr als einen ersten Schwellwert übersteigt, und eine Übersteuerungssituation basiert auf der Istgierrate, die die Sollgierrate um mehr als einen zweiten Schwellwert übersteigt.
Das ECU steuert einen Vorderachsmotor dahingehend an, der Vorderachse zugeführtes Drehmoment zu erhöhen, und steuert den Hinterachsmotor dahingehend an, der Hinterachse zugeführtes Drehmoment zu verringern, wenn sich das Fahrzeug in einer Übersteuerungssituation befindet. Das ECU steuert den Hinterachsmotor dahingehend an, der Hinterachse zugeführtes Drehmoment zu erhöhen, und steuert den Vorderachsmotor dahingehend an, der Vorderachse zugeführtes Drehmoment zu verringern, wenn sich das Fahrzeug in einer Untersteuerungssituation befindet. Wenn ein Motor der Achse, an die er gekoppelt ist, ein positives Drehmoment zuführt, dann kann das Drehmoment wie gewünscht bis auf null verringert werden, an welchem Punkt dann weitere Verringerungen des Drehmoments durch Betrieb des Motors als Generator bereitgestellt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV);
2A zeigt ein HEV auf einer gewünschten Abbiegungsbahn und Übersteuerungs- und Untersteuerungsbahnen;
2B zeigt, wie eine Drehmomenterhöhung zu einer Vorderachse eines HEV die Gierrate im Falle von Übersteuerung beeinflusst;
2C zeigt, wie eine Drehmomenterhöhung zu einer Hinterachse eines HEV die Gierrate im Falle von Untersteuerung beeinflusst;
2D zeigt ein Fahrzeug, wobei Abstände zwischen dem Schwerpunkt und den Achsen gezeigt werden;
3 ist ein Diagramm des Reibungskreises oder des Reifentraktionsfeldes; und
4 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Umverteilung von Drehmoment zwischen den Achsen gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Für den Durchschnittsfachmann ist offensichtlich, dass verschiedene Merkmale der unter Bezugnahme auf irgendeine der Figuren dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt werden, um alternative Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich dargestellt oder beschrieben werden. Die Kombinationen von dargestellten Merkmalen liefern Ausführungsbeispiele für typische Anwendungen. Es können jedoch verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die den Lehren der vorliegenden Offenbarung entsprechen, für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen erwünscht sein. Für den Durchschnittsfachmann sind ähnliche Anwendungen oder Implementierungen ersichtlich, die der vorliegenden Offenbarung entsprechen, zum Beispiel jene, bei denen Komponenten in einer etwas anderen Reihenfolge als in den Ausführungsformen in den Figuren gezeigt angeordnet sind. Für den Durchschnittsfachmann ist offensichtlich, dass die Lehren der vorliegenden Offenbarung auch auf andere Anwendungen oder Implementierungen angewandt werden können.
In 1 wird eine Ausführungsform eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV) 10 schematisch gezeigt. Die Hinterräder 12 sind über eine Hinterachse 16 an einen Hinterachsmotor 18 gekoppelt. Die Hinterachse 16 weist ein Differential 19 auf. Die Vorderräder 14 sind an eine Vorderachse 20 gekoppelt. Ein Differential und ein Endantriebsradsatz 22 sind an die Vorderachse 20 gekoppelt. Der Fahrzeugantriebsstrang ist über ein Getriebe 24 an das Differential 22 gekoppelt. Das Getriebe 24 ist über eine Kupplung 32 an einen Vorderachsmotor 28 gekoppelt. Der Vorderachsmotor 28 ist über eine Kupplung 32 an einen Verbrennungsmotor 34 gekoppelt. Der Vorderachsmotor 28 kann bei der in 1 gezeigten Anordnung als ein Starter-Generator (ISG - Integrated Starter Generator) bezeichnet werden, weil er dazu verwendet werden kann, den Verbrennungsmotor 34 zu Startzwecken hochzudrehen. Je nach der genauen Konfiguration ist es wahrscheinlich, dass nicht alle der Antriebsstrangkomponenten innerhalb der Breite des HEV 10 Ende an Ende gekoppelt werden können. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist ein Kettenantrieb 30 zwischen dem Verbrennungsmotor 34 und dem Vorderachsmotor 28 derart vorgesehen, dass sich der Verbrennungsmotor 34 entlang einer ersten Achse und sich der Vorderachsmotor 28 und das Getriebe 24 entlang einer im Wesentlichen parallel zu der ersten Achse verlaufenden zweiten Achse drehen. Die Konfiguration in 1 stellt einfach eine HEV-Konfiguration dar. Es kann viele Alternativen zum Konfigurieren des HEV geben, die nicht von dem Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abweichen. Das HEV 10 zeigt eine Anordnung, bei der der Verbrennungsmotor 34 an die Vorderräder gekoppelt ist. Bei einer anderen Ausführungsform ist der Verbrennungsmotor 34 an die Hinterachse gekoppelt. Der Vorder- und der Hinterachsmotor 28 und 18 können als Motoren betrieben werden, die ein Drehmoment an die zugeordnete Achse liefern, oder als Generatoren, die Drehmoment von der zugeordneten Achse aufnehmen, d.h., den der Achse zugeordneten Rädern eine Bremskraft zuführen.
Unter weiterer Bezugnahme auf 1 sind die Räder 12 und 14 mit Traktionssensoren 36 versehen, die an ein ECU 38 gekoppelt sind. Die Traktionssensoren 36 sind bei einer Ausführungsform Teil eines ABS-Bremssystems. Das ABS vergleicht die Fahrzeuggeschwindigkeit mit der Raddrehzahl. Wenn sich die beiden um mehr als ein vorbestimmtes Ausmaß unterscheiden, wird bestimmt, dass das Rad durchdreht. Das ABS ist einfach ein Beispiel; jeder geeignete Traktionssensor kann verwendet werden.
Eine Batterie 40 ist an den Hinterachsmotor 18 und den Vorderachsmotor 28 gekoppelt, um je nach dem Betriebsmodus elektrische Energie zu liefern oder elektrische Energie aufzunehmen. Die Batterie 40 kann außerdem über Sensoren elektronisch an die ECU 38 gekoppelt sein, um den Ladezustand der Batterie, die Batteriegesundheit usw. zu überwachen. Bei einer Ausführungsform ist die Batterie 40 eine Hochspannungsbatterie, um eine(n) starke(n) Energieabzug von der Batterie oder Speicherung darin zu erleichtern.
Bei einer Ausführungsform ist das ECU 38 an einen Gierratensensor 42, einen an ein Lenkrad 44 gekoppelten Sensor und die verschiedensten anderen Sensoren 46, wie etwa einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, Temperatursensoren, Getriebesensoren, Drucksensoren und Beschleunigungssensoren, gekoppelt. Bei Ausführungsformen ohne Gierratensensor 42 kann die Gierrate auf Grundlage von Signalen von anderen Sensoren 46 geschätzt werden.
In 1 wird ein HEV gezeigt. Bei einer alternativen Ausführungsform ist das Fahrzeug ein Elektrofahrzeug (EV) mit einem Vorderachsmotor und einem Hinterachsmotor. Bei einer derartigen Ausführungsform sind die folgenden Komponenten nicht länger enthalten: Kupplung 26, Kettenantrieb 30, Kupplung 32 und Verbrennungsmotor 34. Bei einigen Ausführungsformen ist das Getriebe 24 ebenfalls nicht enthalten.
In 2A wird das Fahrzeug 50, entweder ein HEV oder ein EV, bei einem Abbiegungsmanöver gezeigt. Es wird bewirkt, dass sich an eine Vorderachse 52 gekoppelte Räder über eine Lenkeingabe vom Fahrer zum Lenkrad (nicht gezeigt) drehen. Durch das Ausmaß, in dem der Fahrer das Lenkrad gedreht hat, kann eine gewünschte Bahn 56 für das Fahrzeug 50 bestimmt werden. Ein Beispiel für eine Übersteuerungsbahn 58 und für eine Untersteuerungsbahn 60 wird in 2A gezeigt. Um zu bewirken, dass das Fahrzeug 50 einer gewünschten Bahn 56 statt der Übersteuerungsbahn 58 folgt, wird Drehmoment an die Vorderachse 52 erhöht. Solch eine Drehmomentzunahme ist durch Erhöhen des vom Verbrennungsmotor 34 oder Vorderachsmotor 28 zugeführten Drehmoments möglich, wie zum Beispiel in 2B gezeigt. Eine Drehmomentzunahme vom Vorderachsmotor 28 ist viel schneller als eine Drehmomentzunahme vom Verbrennungsmotor 34. Der Verbrennungsmotor 34 erfährt Einlasskrümmerfüllverzögerungen, die die Fähigkeit des Verbrennungsmotors, Motordrehmoment schnell zu erhöhen, behindern. Um schnell auf eine Bestimmung, dass sich das Fahrzeug 50 auf einer Übersteuerungsbahn 58 befindet, zu reagieren, wird von Vorderachsmotor 28 erzeugtes Drehmoment erhöht. In einem Beispiel wird der Vorderachsmotor 28 als Motor betrieben, oder gar nicht, wenn die Anforderung an erhöhtes Drehmoment empfangen wird. In diesem Fall wird der Vorderachsmotor 28 dahingehend angesteuert, ein positives Drehmoment zu liefern. In einem anderen Beispiel wird der Vorderachsmotor 28 als Generator betrieben, wenn die Anforderung an erhöhtes Drehmoment empfangen wird. In diesem Fall wird der Vorderachsmotor 28 dahingehend angesteuert, Elektrizitätserzeugung zu reduzieren. Wenn eine stärkere Drehmomentzunahme erforderlich ist, als durch Verringern von Elektrizitätserzeugung erreicht werden kann, wird der Vorderachsmotor 28 dahingehend angesteuert, von Betrieb als Generator auf Betrieb als Motor zu wechseln. Eine Drehmomentzunahme durch dahingehendes Ansteuern des Vorderachsmotors 28, Drehmoment an die Vorderachse anzulegen, bewirkt, dass der Längsantrieb des Fahrzeugs 50 die Anforderung des Fahrzeugführers übertrifft. Somit legt der Hinterachsmotor 18 bei einer Ausführungsform ein Bremsmoment an die Achse 16 an. Die Drehmomentzunahme für die Achse 20 und die Drehmomentabnahme für die Achse 16 sind dahingehend festgelegt, die gewünschte Bahn und den gewünschten Längsantrieb des Fahrzeugs 50 bereitzustellen.
Um auf eine Bestimmung, dass sich das Fahrzeug 50 auf einer Untersteuerungsbahn 60 befindet, zu reagieren, wird der Hinterachse 16 durch den Hinterachsmotor 18 Drehmoment zugeführt, wie zum Beispiel das in 2C gezeigte. Zum Aufrechterhalten des Längsantriebs des Fahrzeugs 50 wird der Vorderachsmotor 28 dahingehend angesteuert, an die Vorderachse 20 angelegtes Drehmoment zu reduzieren.
In 3 ist ein Reifenkraftverlauf für den positiven Quadranten des Traktionsfelds aufgetragen. Dies wird manchmal als Reibkreis 70 bezeichnet. Da Reifen für Quer- und Längstraktion optimiert sein können, ist die Kurvenschar 72 (als Funktion des Schräglaufwinkels) kein Kreis, sondern eine Ellipse. Die Reibgrenze für einen Reifen wird durch den Reibungskoeffizienten multipliziert mit der Last bestimmt. Die zur Verfügung stehende Reibung kann für Querkraft, Längskraft oder eine Kombination der beiden verwendet werden. Somit zeigen die Kurven in 3 die Reibgrenze, wobei der Reifen durchdreht, wenn die Kombination der Längs- und Querkräfte ein Fallen außerhalb der Kurve, entsprechend dem Schräglaufwinkel, verursacht. Eine positive Längskraft ist eine Beschleunigungskraft, und eine negative Längskraft ist eine Bremskraft. Durch Folgen einer der Grenzkurvenschar ist zu sehen, dass die zur Verfügung stehende Querkraft abnimmt, wenn die Reifenlängskraft zunimmt, und umgekehrt.
Um die zur Verfügung stehende Reibung, die einer Achse zugeordneten Reifen zur Verfügung steht, zu ergänzen, wenn geeignete Hardware am Fahrzeug vorhanden ist, können Drehmoment oder Triebkraft zwischen der Vorder- und Hinterachse umverteilt werden. Wenn zum Beispiel Antriebskraft von der Hinterachse auf die Vorderachse umverteilt wird, verringert sich die Querkraft der Vorderachse ΔF_yf, und die Querkraft der Hinterachse nimmt zu ΔF_yr. Infolgedessen hat sich der Gierratenzustand des Fahrzeugs geändert, und die Änderung des Giermoments wird wie folgt berechnet: $F_{y f_n e w} = F_{y f} + Δ F_{y f}$
$F_{y r_n e w} = F_{y r} + Δ F_{y r}$
$Δ M_{y a w} = Δ F_{y f} I_{f} - Δ F_{y r} l_{r}$
wobei F_{yr_ne}, und F_{fr_new} die resultierenden Vorderachsen- und Hinterachsenquerkräfte nach der Traktionsmomentumverteilung sind. In 2D wird I_f als der Abstand zwischen dem Schwerpunkt 80 des Fahrzeugs 50 und der Vorderachse 52 gezeigt; und wird I_r als der Abstand zwischen dem Schwerpunkt 80 und der Hinterachse 54 gezeigt. Durch Ausnutzen fortschrittlicher Steuermethodologie, wie zum Beispiel Zusatzgiermoment, kann ΔM_yaw entweder zur Verbesserung des Lenkvermögens oder zur Einschränkung übermäßiger Fahrzeugquerdynamik genutzt werden, ohne die Fahrzeuglängsleistung zu beeinträchtigen. Bei einem Linksabbiegungsmanöver kann ein positives ΔM_yaw verwendet werden, um übermäßige Fahrzeugübersteuerung zu korrigieren, wie zum Beispiel in 2B gezeigt. Ein negatives ΔM_yaw kann verwendet werden, um übermäßige Fahrzeuguntersteuerung zu kompensieren, wie zum Beispiel in 2C gezeigt.
Das Radmoment, das umverteilt werden kann, kann aufgrund des Wunsches, das Erzeugen von Durchrutschen des Rads, das heißt ungenügende Traktion zwischen dem Reifen und der Oberfläche, zu vermeiden, und aufgrund von Einschränkungen der Batterie bei der Zuführung der gewünschte Stromhöhe zu dem Traktionsmotor aufgrund eines ungenügenden Ladezustands der Batterie oder aufgrund einer zu hohen Temperatur der Batterie begrenzt sein.
Das umzuverteilende zur Verfügung stehende Gesamtradmoment hängt von der aktuellen Drehmomentanforderungshöhe und dem Traktionszustand auf dem Boden ab. Um steuerungsinduziertes Durchrutschen des Rads zu vermeiden, ist ein Radschlupfregler in der Traktionsregelung an jeder Achse eingebettet, um den Radschlupf zu überwachen und den Radschlupf auf einen angeforderten, optimalen Schlupfsollwert zu regeln. Ist eine allein elektrisch angetriebene Achse vorhanden, kann der Grad der Gesamtdrehmomentumverteilungshöhe durch die Momentanleistungsgrenze des Fahrzeugs, die Batterieentladungsgrenze (eine Funktion des Ladezustands (SOC) und der Temperatur), den elektrischen Fahrzeugsteuermodus und die Motordrehmomentgrenze weiter eingeschränkt werden. All diese Faktoren bestimmen schließlich das der Fahrzeugdynamikregelung zur Verfügung stehende maximale ΔM_yaw.
In 4 wird eine Ausführungsform eine Steuerschemas in einem Ablaufdiagramm gezeigt. Das Steuerschema beginnt mit einer Abbiegeanforderung in Block 100. In Block 102 werden auf Grundlage von Fahrereingaben, Sensordaten und Fahrzeugdynamikzuständen, wie zum Beispiel Fahrzeuggeschwindigkeit, Gierrate, Querbeschleunigung und Längsbeschleunigung, Soll- und Istfahrzeuggierraten, γ_des und γ_act, und Soll- und Istdriftwinkel, β_des and β_act, bestimmt. Es ist wünschenswert, sowohl einen Gierratenfehler, γ_des-γ_act, als auch einen Aufbauschräglaufwinkelfehler, β_des und β_act, auf ein Minimum zu reduzieren. Durch Bereitstellung einer Gierrateneinstellung werden beide Fehler jedoch nicht gleichzeitig auf Minimum reduziert. In Block 104 kann eine optimale Lösung gefunden werden, indem eine Steuerzielfunktion minimiert wird, wie zum Beispiel: $J = \int_{0}^{\infty} ({(Z_{a c t} - Z_{d e s})}^{T} Q (Z_{a c t} - Z_{d e s}) + Δ M_{d e s}^{2} R) d t .$
In der obigen Gleichung ist Z_act = [β_act, r_act]^T und Z_des = [β_des, r_des]^T. Q und R sind positive Kostengewichtungsmatrizes. Ein Sollgiermoment ΔM_des wird bestimmt. In Block 108 wird mit der Gesamtradmomentanforderung 106 auf Grundlage von Fahrereingabe, wie eine Eingabe in Block 108, eine Sollradmomentaufteilungsanforderung bestimmt.
In Block 114 wird bestimmt, ob die Drehmomentaufteilungen an die beiden Achsen begrenzt sein sollen. Wenn die Batterie zum Beispiel nicht geladen ist, dann kann der Motor der Achse kein Drehmoment zuführen. Somit ist der Batterieladezustand 112 eine Eingabe in Block 114. Oder wenn bestimmt wird, dass durch Ansteuern des in Block 104 berechneten Drehmoments an eine der Achsen ein Durchdrehen der an die Achse gekoppelten Räder verursachen würde, ist das in Block 106 bestimmte Drehmoment ein Drehmoment, das solch einen Schlupfzustand vermeiden würde. Somit werden Radschlupfbedingungen 110 in Block 114 eingegeben. Wenn keine Einschränkungen angewandt werden, erfolgt in Block 114 keine Einstellung des gewünschten Radmoments (Block 108). Die Drehmomentaufteilungen von Block 114 werden in Block 116 an die Achsen gegeben. Die Steuerung geht zu Block 118 über, in dem sie bestimmt, ob der Fahrzeugführer immer noch ein Abbiegen vom Fahrzeug anfordert. Ist dies nicht der Fall, endet das Steuerschema in Block 120. Wenn ja, dann geht die Steuerung zu Block 102 zur Umverteilung von Drehmoment zwischen den Achsen während des ganzen Abbiegevorgangs zurück.
Obgleich die beste Durchführungsweise ausführlich beschrieben worden ist, sind für den Fachmann verschiedene alternative Ausführungen und Ausführungsformen innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche ersichtlich. Verschiedene Ausführungsformen wurden zwar als Vorteile bietend oder bevorzugt gegenüber anderen Ausführungsformen und/oder dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer Eigenschaften beschrieben, jedoch ist für den Durchschnittsfachmann ersichtlich, dass zwischen verschiedenen Merkmalen Kompromisse geschlossen werden können, um die gewünschten Systemmerkmale zu erreichen, die von der besonderen Anwendung und Implementierung abhängig sind. Zu diesen Merkmalen gehören unter anderem: Kosten, Festigkeit, Langlebigkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Packung, Größe, Wartbarkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. Zum Beispiel kann es wünschenswert sein, einen umfassenden Satz von Sensoren vorzusehen, um eine genaue Beurteilung der Fahrzeugbewegung bereitzustellen. Zur Erhaltung einer wünschenswerten Kostenstruktur kann jedoch eine zufriedenstellende Einschätzung einiger Fahrzeuggrößen durch Ableiten von einem kleineren Sensordatensatz gewonnen werden. Die Ausführungsformen, die bezüglich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen beschrieben werden, liegen nicht außerhalb des Schutzbereichs der beanspruchten Offenbarung.
Eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verteilung von Antrieb auf die Vorder- und Hinterachse eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren umfasst Folgendes:

Schätzen einer Istgierrate;
Schätzen einer Sollgierrate; und
Zuführen von elektrischer Energie zu einem an die Hinterachse gekoppelten Hinterachsmotor, wenn eine Höhe der Sollgierrate eine Höhe der Istgierrate übersteigt.

Dabei ist ferner bevorzugt:

Abziehen von elektrischer Energie von einem an die Vorderachse gekoppelten Motor, wenn eine Höhe der Sollgierrate eine Höhe der Istgierrate übersteigt;
Bestimmen eines Sollzusatzgiermoments auf Grundlage des Bewirkens, dass die Istgierrate im Wesentlichen gleich der Sollgierrate ist; und Bestimmen eines zur Verfügung stehenden Zusatzgiermoments, wobei das zur Verfügung stehende Zusatzgiermoment durch Traktionsbedingungen für Fahrzeugräder und/oder einen Ladezustand einer an den Vorderachsmotor gekoppelten Batterie und/oder einer Batterieentladungsgrenze der Batterie begrenzt wird, wobei die dem Vorderachsmotor zugeführte elektrische Energie und die von dem Hinterachsmotor abgezogene elektrische Energie dazu bestimmt werden, das kleinere des Sollzusatzgiermoments und des zur Verfügung stehenden Zusatzgiermoments bereitzustellen.

Dabei werden weiter bevorzugt die Istgierrate auf Grundlage eines an das Fahrzeug gekoppelten Sensors und die Sollgierrate auf Grundlage eines Lenksensors geschätzt.
Weiter bevorzugt ist vorgehen, dass die von dem an die Vorderachse gekoppelten Motor abgezogene elektrische Energie und die dem an die Hinterachse gekoppelten Motor direkt zugeführte Energie so bemessen sind, dass eine Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs weitgehend unbeeinflusst bleibt.
Zeichenerklärung
4

100: Start
102: Bestimmen der Soll- und Istgierrate und der Soll- und Istaufbauschräglaufwinkel
104: Minimieren der Kostenfunktion J=fnc(β_err, r_err, Q, R), zum Bestimmen von ΔM_des
106: Gesamtdrehmomentanforderung
108: Berechnen der Solldrehmomentaufteilungsanforderung
110: Radschlupf
112: Batterieladezustand
114: Beschränkungen für Bestimmung der eingestellten Drehmomentaufteilungsanforderung anwenden
116: Drehmoment an Achsen ansteuern
Yes: Ja
No: Nein
118: Noch Abbiegung gefordert?
120: Ende

Claims

System zum Verteilen von Antrieb in einem Fahrzeug (10, 50), wobei das System Folgendes umfasst: eine an das Fahrzeug (10, 50) gekoppelte Vorderachse (20, 52) und Hinterachse (16, 54); einen an die Vorderachse (20, 52) gekoppelten Vorderachsmotor (28); einen an die Hinterachse (16, 54) gekoppelten Hinterachsmotor (18); ein an den Vorderachs- und Hinterachsmotor (28, 18) elektronisch gekoppeltes elektronisches Steuergerät (38), wobei das elektronische Steuergerät (38) dazu ausgebildet ist, in einem Untersteuerungszustand des Fahrzeugs und wenn sich das Fahrzeug (10, 50) in einer Richtung bewegt, in der die Vorderachse (20, 52) führt, zum einen den Hinterachsmotor (18) dahingehend anzusteuern, der Hinterachse (16, 54) zugeführtes Drehmoment zu erhöhen und zum anderen den Vorderachsmotor (28) dahingehend anzusteuern, der Vorderachse (20, 52) zugeführtes Drehmoment zu reduzieren, wobei das verringerte Drehmoment ein Bremsmoment ist, sodass durch den Vorderachsmotor (28) elektrische Energie erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Vorderachsmotor (28) erzeugte elektrische Energie dem Hinterachsmotor (18) zugeführt wird.
System nach Anspruch 1, das weiterhin Folgendes umfasst: ein an das Fahrzeug (10, 50) gekoppeltes Lenkrad (44); einen an das Lenkrad (44) gekoppelten Lenksensor, der elektronisch an das elektronische Steuergerät (38) gekoppelt ist; einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor; einen Gierratensensor (42) und einen Querbeschleunigungssensor, die an das Fahrzeug (10, 50) und elektronisch an das elektronische Steuergerät (38) gekoppelt sind, wobei das elektronische Steuergerät (38) weiterhin dazu ausgebildet ist, eine Sollgierrate und einen Solldriftwinkel des Fahrzeugs (10, 50) auf Grundlage von Signalen von dem Lenkungssensor und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zu bestimmen und eine Istgierrate und einen Istdriftwinkel des Fahrzeugs (10, 50) auf Grundlage von Signalen vom Gierratensensor (42) und Querbeschleunigungssensor zu bestimmen, wobei Untersteuerung umfasst, dass eine Höhe der Sollgierrate eine Höhe der Istgierrate in Abbiegungsrichtung um mehr als einen ersten Schwellwert übersteigt, und Übersteuerung umfasst, dass eine Höhe der Istgierrate eine Höhe der Sollgierrate in Abbiegungsrichtung um mehr als einen zweiten Schwellwert übersteigt.
System nach Anspruch 1, wobei das elektronische Steuergerät (38) weiterhin dazu ausgebildet ist, den Vorderachsmotor (28) dahingehend anzusteuern, in einem Übersteuerungszustand der Vorderachse (20, 52) zugeführtes Drehmoment zu erhöhen.
System nach Anspruch 1, wobei das elektronische Steuergerät (38) weiterhin dazu ausgebildet ist, den Hinterachsmotor (18) dahingehend anzusteuern, in einem Übersteuerungszustand der Hinterachse (16, 54) zugeführtes Drehmoment zu verringern.
System nach Anspruch 1, wobei: das elektronische Steuergerät (38) weiterhin dazu ausgebildet ist, den Vorderachsmotor (28) dahingehend anzusteuern, in einem Untersteuerungszustand der Vorderachse (20, 52) zugeführtes Drehmoment zu verringern; und die Höhe der Drehmomentzunahme für die Hinterachse (16, 54) und die Höhe der Drehmomentabnahme für die Vorderachse (20, 52) darauf basieren, einen vom Fahrzeugführer gewünschten Längsantrieb des Fahrzeugs (10, 50) bereitzustellen.
System nach Anspruch 1, wobei: das elektronische Steuergerät (38) weiterhin dazu ausgebildet ist, den Hinterachsmotor (18) dahingehend anzusteuern, in einem Übersteuerungszustand der Hinterachse (16, 54) zugeführtes Drehmoment zu verringern; und die Höhe der Drehmomentabnahme für die Hinterachse (16, 54) und die Höhe der Drehmomentzunahme für die Vorderachse (20, 52) darauf basieren, einen vom Fahrzeugführer gewünschten Längsantrieb des Fahrzeugs (10, 50) bereitzustellen.
Verfahren zur Verteilung von Antrieb auf die Vorder- und Hinterachse (20, 52, 16, 54) eines Fahrzeugs (10, 50), wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Schätzen einer Sollgierrate und eines Sollfahrzeugdriftwinkels; Schätzen einer Istgierrate und eines Istfahrzeugdriftwinkels (102); und Erhöhen der elektrischen Energie für einen an die Vorderachse (20, 52) gekoppelten Elektromotor bei Übersteuerung zur Minimierung des Gierratenfehlers und des Fahrzeugdriftfehlers, indem eine Steuerzielfunktion minimiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Gierratenfehler auf einer Differenz zwischen der Istgierrate und der Sollgierrate basiert und der Fahrzeugdriftfehler auf einer Differenz zwischen dem Sollfahrzeugdriften und dem Istdriften basiert; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin Folgendes umfasst: Erhöhen der elektrischen Energie für einen an die Hinterachse (16, 54) gekoppelten Elektromotor bei Untersteuerung zur Minimierung der Steuerzielfunktion des Gierratenfehlers und des Fahrzeugdriftfehlers.
Verfahren nach Anspruch 7, das weiterhin Folgendes umfasst: Abziehen von elektrischer Energie von einem an den Hinterachsmotor (18) gekoppelten Elektromotor in Koordination mit dem Zuführen von elektrischer Energie zu einem Vorderachsmotor (28).
Verfahren nach Anspruch 7, das weiterhin Folgendes umfasst: Bestimmen eines Sollzusatzgiermoments auf Grundlage der Minimierung der Steuerzielfunktion; und Bestimmen eines zur Verfügung stehenden Zusatzgiermoments, wobei das zur Verfügung stehende Zusatzgiermoment durch Traktionsbedingungen für Fahrzeugräder und/oder einen Ladezustand einer an den Vorderachsmotor (28) gekoppelten Batterie und/oder einer Batterieentladungsgrenze der Batterie begrenzt wird, wobei die dem Vorderachsmotor (28) zugeführte elektrische Energie und die von dem Hinterachsmotor (18) abgezogene elektrische Energie dazu bestimmt werden, das kleinere des Sollzusatzgiermoments und des zur Verfügung stehenden Zusatzgiermoments bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 7, das weiterhin Folgendes umfasst: Erhöhen der elektrischen Energie für einen an die Hinterachse (16, 54) gekoppelten Elektromotor bei Untersteuerung zur Minimierung der Steuerzielfunktion.
Verfahren nach Anspruch 11, das weiterhin Folgendes umfasst: Bestimmen eines Sollzusatzgiermoments auf Grundlage der Minimierung der Steuerzielfunktion; Bestimmen eines zur Verfügung stehenden Zusatzgiermoments, wobei das zur Verfügung stehende Zusatzgiermoment durch Traktionsbedingungen für Fahrzeugräder und/oder einen Ladezustand einer an den Vorderachsmotor (28) gekoppelten Batterie und/oder einer Batterieentladungsgrenze der Batterie begrenzt wird, wobei die dem Vorderachsmotor (28) zugeführte elektrische Energie und die von dem Hinterachsmotor (18) abgezogene elektrische Energie dazu bestimmt werden, das kleinere des Sollzusatzgiermoments und des zur Verfügung stehenden Zusatzgiermoments bereitzustellen; und Verringern der elektrischen Energie von dem an die Vorderachse (20, 52) gekoppelten Elektromotor bei Untersteuerung, wobei die Höhe der elektrischen Energie abnimmt, während der Elektromotor als Motor betrieben wird, und die Höhe der elektrischen Energie zunimmt, wenn der Elektromotor als Generator betrieben wird.