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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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1. Erfindungsgebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Fahrzeugsteuersysteme, die die Fahrzeugstabilität und -leistung verbessern.
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2. Allgemeiner Stand der Technik
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Einem Fachmann ist bekannt, ein Bremsdrehmoment auf ein kurveninneres Rad auszuüben, um ein Problem mit Untersteuerung zu überwinden, und ein Bremsdrehmoment auf ein kurvenäußeres Rad auszuüben, um ein Problem mit Übersteuerung zu überwinden. Ein derartiges Betätigen der Bremse bewirkt, dass das Fahrzeug einen Verlust an Längsvortrieb erfährt. Um einen derartigen Verlust an Längsleistung zu überwinden, wird bekannterweise das Motordrehmoment erhöht, um den Verlust an Längsvortrieb zu überwinden. Ein Verbrennungsmotor leidet jedoch unter Verzögerungen bei der Bereitstellung des angeforderten Drehmoments, wodurch die Gesamtleistung des Fahrzeugs beeinträchtigt wird. Die ungenaue Drehmomentsteuerung und die Verzögerung von einem Verbrennungsmotor kann das normale Fahrzeugstabilitätsereignis unterbrechen oder ineffektiv machen.
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Es werden ein System und ein Verfahren offenbart zum Steuern eines Fahrzeugs während einer Kurvenfahrt, bei der ein Bremsdrehmoment auf ein kurveninneres Rad ausgeübt wird, wenn eine Untersteuerung detektiert wird, und auf ein kurvenäußeres Rad, wenn eine Übersteuerung detektiert wird. Es handelt sich um eine Übersteuerung, wenn die Größe der tatsächlichen Gierrate die Größe der gewünschten Gierrate um mehr als eine erste Schwellwertgierrate übersteigt; es handelt sich um Untersteuerung, wenn die Größe der tatsächlichen Gierrate um mehr als eine zweite Schwellwertgierrate unter der Größe der gewünschten Gierrate liegt. Elektrische Energie, geschickt an einen an eine erste Achse des Fahrzeugs gekoppelten Elektromotor, wird als Reaktion auf das Ausüben des Bremsdrehmoments erhöht, um das ausgeübte Bremsdrehmoment zu kompensieren. Bei einer Ausführungsform ist die erste Achse eine Vorderachse, das Fahrzeug ist ein Fahrzeug mit Vorderradantrieb und das kurveninnere Rad, auf das das Bremsdrehmoment ausgeübt wird, ist entweder an die erste oder zweite Achse des Fahrzeugs gekoppelt. Bei einer alternativen Ausführungsform ist die erste Achse eine Hinterachse, das Fahrzeug ist ein Fahrzeug mit Hinterradantrieb und das kurveninnere Rad, auf das das Bremsdrehmoment ausgeübt wird, ist an die Hinterachse gekoppelt.
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Die vorliegende Offenbarung gilt für ein Hybridfahrzeug (HEV – Hybrid Electric Vehicle), das auch einen an die erste Achse gekoppelten Verbrennungsmotor aufweist, ein Elektrofahrzeug (EV – Electrical Vehicle), ein Brennstoffzellenfahrzeug (FCV – Fuel Cell Vehicle) oder ein beliebiges Fahrzeug, das zu einem Elektromotordirektantrieb in der Lage ist.
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Auf der Basis von Daten von Sensoren wie etwa Beschleunigungsmessern, Gierratensensoren, Lenkwinkelsensoren und geschätzten Variablen wie etwa Fahrzeuggeschwindigkeit werden gewünschte Gierraten sowie gewünschte und tatsächliche Schwimmwinkel bestimmt. Das Verfahren beinhaltet auch das Bestimmen eines Giersteuermoments, um eine Übersteuer- oder eine Untersteuersituation zu überwinden, falls eine von beiden detektiert wird. Das Giersteuermoment basiert auf dem Fehler bei den gewünschten und tatsächlichen Werten. Die Größe des ausgeübten Bremsdrehmoments wird bestimmt, um das Giersteuermoment bereitzustellen. Für den Fall, dass das Rad, auf das das Bremsdrehmoment ausgeübt wird, durchdreht, wird das Bremsdrehmoment zu diesem Rad reduziert und ein Bremsdrehmoment wird an das andere Rad auf der gleichen Seite des Fahrzeugs ausgeübt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Hybridfahrzeugs (HEV);
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2A zeigt ein HEV auf einem gewünschten Kurrenfahrtpfad und Übersteuer- und Untersteuerpfade;
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2B zeigt, wie eine Drehmomenterhöhung auf eine Vorderachse eines HEV eine Gierrate in einem Übersteuerfall beeinflusst;
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2C zeigt, wie eine Drehmomenterhöhung auf eine Hinterachse eines HEV eine Gierrate in einem Untersteuerfall beeinflusst;
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3 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform der Offenbarung darstellt;
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4 ist ein Steuerdiagramm gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung und
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5 und 6 sind grafische Darstellungen, die einen Elektromotor und einen Verbrennungsmotor zur Kompensationssteuerung vergleichen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Wie der Durchschnittsfachmann versteht, können verschiedene Merkmale der unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um alternative Ausführungsformen herzustellen, die nicht explizit dargestellt und beschrieben sind. Die Kombinationen aus dargestellten Merkmalen liefern repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung übereinstimmen, können jedoch für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen erwünscht sein. Der Durchschnittsfachmann kann jedoch ähnliche Anwendungen oder Implementierungen erkennen, die mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmen, zum Beispiel solche, bei denen Komponenten in einer geringfügig anderen Reihenfolge angeordnet sind, als in den Ausführungsformen in den Figuren gezeigt ist. Der Durchschnittsfachmann erkennt, dass die Lehren der vorliegenden Offenbarung auf andere Anwendungen oder Implementierungen angekurvenfahrt werden können.
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In 1 weist eine Ausführungsform eines Hybridfahrzeugs (HEV) 10, schematisch gezeigt, Hinterräder 12 auf, die über Faustachsen an das Fahrzeug 10 gekoppelt sind. Die Vorderräder 14 sind an eine Vorderachse 20 gekoppelt. Ein Differential und ein Endantriebszahnradssatz 22 sind an die Vorderachse 20 gekoppelt. Das Fahrzeugantriebsstrangsystem ist durch ein Getriebe 24 an das Differential 22 gekoppelt. Das Getriebe 24 ist über eine Kupplung 26 an einen Vorderachsenmotor 28 gekoppelt. Der Vorderachsenmotor 28 ist über eine Kupplung 32 an einen Verbrennungsmotor 34 gekoppelt. Der Vorderachsenmotor 28 kann bei der in 1 gezeigten Anordnung als ein integrierter Starter-Generator (ISG) bezeichnet werden, weil er dazu verkurvenfahrt werden kann, den Motor 34 zu Startzwecken hochzudrehen. Wahrscheinlich können nicht alle der Antriebsstrangkomponenten innerhalb der Breite des HEV 10 Ende an Ende gekoppelt werden. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform wird zwischen dem Motor 34 und dem Vorderachsenmotor 28 ein Kettenantrieb 30 bereitgestellt, so dass sich der Motor 34 entlang einer ersten Achse dreht und sich der Vorderachsenmotor 28 und das Getriebe 24 entlang einer im Wesentlichen parallel zu der ersten Achse verlaufenden zweiten Achse drehen. Die Konfiguration in 1 veranschaulicht einfach eine HEV-Konfiguration. Es gibt viele Alternativen für das Konfigurieren eines HEV, die von dem Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung nicht abweichen. Das HEV 10 zeigt eine Anordnung, bei dem der Verbrennungsmotor 34 an die Vorderräder gekoppelt ist. Bei einer anderen Ausführungsform ist der Motor 34 an die Hinterachse gekoppelt. Der Vorderachsenmotor 28 kann als ein Motor arbeiten, der ein Drehmoment an die assoziierte Achse liefert, oder als ein Generator, der Drehmoment von der assoziierten Achse absorbiert, d. h. eine Bremskraft auf mit der Achse assoziierte Räder liefert.
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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 Antiblockiersystems (ABS). Das ABS vergleicht die Fahrzeuggeschwindigkeit mit der Reifengeschwindigkeit. Wenn die beiden um mehr als ein vorbestimmtes Ausmaß differieren, wird bestimmt, dass der Reifen durchdreht. ABS ist einfach ein Beispiel; es kann ein beliebiger geeigneter Traktionssensor verkurvenfahrt werden.
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Eine Batterie 40 ist an den Vorderachsenmotor 28 gekoppelt, um je nach dem Betriebsmodus elektrische Energie zu liefern oder elektrische Energie zu absorbieren. Die Batterie 40 kann auch über Sensoren elektronisch an das ECU 38 gekoppelt sein, um den Ladezustand der Batterie, den Batterieerhaltungszustand usw. zu überwachen. Bei einer Ausführungsform ist die Batterie 40 eine Hochspannungsbatterie, um das Extrahieren großer Leistung von oder das Speichern großer Leistung in der Batterie zu erleichtern.
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Bei einer Ausführungsform ist das MSG 38 an einen Gierratensensor 42 gekoppelt, ein an ein Lenkrad 44 gekoppelter Sensor, und an eine Vielzahl anderer Sensoren 46 wie etwa ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, Temperatursensoren, Getriebesensoren, Drucksensoren und Beschleunigungssensoren. Bei Ausführungsformen ohne Gierratensensor 42 kann die Gierrate auf der Basis von Signalen von anderen Sensoren 46 geschätzt werden.
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Ein HEV ist in 1 gezeigt. Bei einer alternativen Ausführungsform ist das Fahrzeug ein Elektrofahrzeug (EV). Bei einer derartigen Ausführungsform sind die folgenden Komponenten nicht enthalten: Kupplung 26, Kettenantrieb 30, Kupplung 32 und Motor 34. Bei einigen Ausführungsformen ist auch das Getriebe 24 nicht enthalten.
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In 1 sind die Spurbreite t, der Radstand L, der Abstand If von dem Schwerpunkt zu der Vorderachse und der Abstand Ir von dem Schwerpunkt zu der Hinterachse dargestellt.
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In 2A ist ein Fahrzeug 50, entweder ein HEV oder EV, während eines Kurrenfahrtmanövers gezeigt. Es wird bewirkt, dass sich an eine Vorderachse 52 gekoppelte Räder über eine Lenkeingabe durch den Fahrer zu dem Lenkrad (nicht gezeigt) drehen. Durch das Ausmaß, in dem der Fahrer das Lenkrad gedreht hat, kann ein gewünschter Pfad 56 für das Fahrzeug 50 bestimmt werden. Ein Beispiel eines Übersteuerpfads 58 und eines Untersteuerpfads 60 ist in 2A gezeigt.
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Um zu bewirken, dass das Fahrzeug 50 den gewünschten Pfad 56 anstelle des Übersteuerpfads 58 entlangfährt, wird eine an das kurvenäußere Vorderrad gekoppelte Bremse betätigt. Wenngleich eine derartige Aktion zum Korrigieren des Lenkens verkurvenfahrt werden kann, gibt es eine bemerkbare Reduzierung bei der Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs. Um diese zu überwinden, wird das an die Vorderachse 52 gelieferte Drehmoment erhöht, so dass das Fahrzeug 10 sowohl den vom Fahrer angeforderten Vortrieb als auch die Lenkung liefert. Der Motor 34, der Vorderachsenmotor 28 oder eine Kombination aus den beiden kann verkurvenfahrt werden, um eine Drehmomenterhöhung bereitzustellen. Eine Drehmomenterhöhung von dem Vorderachsenmotor 28 ist jedoch viel schneller und genauer als eine Drehmomenterhöhung vom Motor 34. Der Motor 34 leidet unter Einlasskrümmerfüllverzögerungen, die die Fähigkeit des Motors beeinträchtigen, das Motordrehmoment schnell zu erhöhen. Weil die Promptheit und Genauigkeit der Drehmomentregelung bei der Fahrzeugstabilitätssteuerung und der Fahrzeugvortriebs-/-traktionskompensation wichtig sind, wird der Elektromotor bevorzugt. Falls die Drehmomentsteueranforderung nicht präzise oder prompt erfüllt wird, was üblicherweise beobachtet wird, wenn Technologien auf Verbrennungsmotorbasis verkurvenfahrt werden, wird die Leistung beeinträchtigt, was zu dem Verlust an Stabilität für das Fahrzeug und zu Kundenunzufriedenheit führen kann. Um schnell auf eine Bestimmung zu reagieren, dass sich das Fahrzeug 50 auf einem Übersteuerpfad 58 befindet, wird das von dem Vorderachsenmotor 28 generierte Drehmoment erhöht. Bei einem Beispiel wird der Vorderachsenmotor 28 als ein Motor oder überhaupt nicht betrieben, wenn der Befehl für erhöhtes Drehmoment empfangen wird. In diesem Fall wird dem Vorderachsenmotor 28 befohlen, ein positives Drehmoment bereitzustellen. Bei einem anderen Beispiel wird der Vorderachsenmotor 28 als ein Generator betrieben, wenn der Befehl für erhöhtes Drehmoment empfangen wird. In diesem Fall wird dem Vorderachsenmotor 28 befohlen, die Stromerzeugung zu reduzieren. Falls eine größere Drehmomentzunahme erforderlich ist, als durch Reduzieren der Stromerzeugung erreicht werden kann, wird dem Vorderachsenmotor 28 befohlen, von dem Betrieb als Generator zum Betrieb als Elektromotor zu wechseln. Falls eine weitere Drehmomenterhöhung angefordert wird, könnte auch das Verbrennungsmotordrehmoment erhöht werden, um das gewünschte Drehmoment zu liefern. Dabei fährt der Elektromotor entweder oder generiert, um eine Ungenauigkeit zwischen dem Gesamtantriebsstrangausgabedrehmoment und der Fahremachfrage zu kompensieren.
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Für den Fall, dass eine Untersteuerung bestimmt wird, wird die mit dem hinteren kurveninneren Rad assoziierte Bremse betätigt, wie in 2C gezeigt. Dies überwindet das Untersteuerproblem, reduziert aber den Längsvortrieb des Fahrzeugs 10. Eine derartige Senkung beim Längsvortrieb wird überwunden, indem das durch den Vorderachsenmotor 28 gelieferte Drehmoment erhöht wird. Der Vorderachsenmotor 28 wird wegen der viel schnelleren Reaktion des Vorderachsenmotors 28 im Vergleich zum Verbrennungsmotor 34 verkurvenfahrt. Nicht nur kann der Vorderachsenmotor 28 auf einen Befehl nach erhöhtem Drehmoment schnell reagieren, der Vorderachsenmotor 28 kann auch schnell auf Aktualisierungen beim Befehl nach vergrößertem Drehmoment reagieren, so dass das bereitgestellte tatsächliche Drehmoment schnell auf Änderungen bei dem angeforderten Drehmoment reagieren kann. Bei einigen Situationen gibt es unzureichend Drehmomentkapazität nur beim Vorderachsenmotor 28, wenn zum Beispiel dem Vorderachsenmotor 28 befohlen wird, ein Drehmoment nahe der Grenze seiner Kapazität an die Vorderachse 20 bereitzustellen, bevor der Befehl für Drehmomentkompensation empfangen wird. Bei solchen Situationen kann das Drehmoment sowohl beim Vorderachsenmotor 28 als auch beim Verbrennungsmotor 34 erhöht werden, um die gewünschte Drehmomenterhöhung zu erzielen. Wie oben beschrieben und in 5 unten gezeigt, ist es für den Verbrennungsmotor 34 schwierig, schnell zu reagieren. Natürlich kann eine schnelle Erhöhung beim Drehmoment nicht vollständig erzielt werden, wenn sich der Vorderachsenmotor 28 an seiner Grenze befindet. Der Vorderachsenmotor 28 kann jedoch das Drehmoment schnell anheben oder absenken, um eine schleppende Reaktion des Verbrennungsmotors 34 mindestens teilweise wettzumachen.
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Die Ausdrücke kurveninneres Rad und kurvenäußeres Rad beziehen sich auf ein linkes Rad bzw. ein rechtes Rad bei einer Kurrenfahrt nach links und beziehen sich auf ein rechtes Rad bzw. ein linkes Rad bei einer Kurrenfahrt nach rechts.
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Es gibt viele Fälle, bei denen die vorliegende Offenbarung gilt. Bei allen Beispielen wird ein gewünschtes Giersteuermoment M
des auf der Basis von Fahrer- und Sensoreingaben bestimmt. Bei Untersteuerung wird ein Giermoment in der Kurrenfahrtrichtung generiert; bei Übersteuerung wird ein der Kurrenfahrtrichtung entgegengesetztes Giermoment generiert.
| Beschreibung | Berechnung von TB und TPC |
| Hinterradantrieb; Bremsen bei kurveninnerem Hinterrad | TB = (–2Rw/t)·Mdes;
TPC = TB/rd |
| Vorderradantrieb; Bremsen bei kurveninnerem Vorderrad | TB = {Rw(cosδl + cosδo)/[Ifsinδo – (t/2)sinδo)cosδi – [Ifsinδi + (t/2)sinδl]cosδo}·Mdes;
TPC = 2cosδiTB/[(cosδi + cosδo)·rσ]
Ifδi = δo, dann TB = [–2Rw/(tcosδ)]·Mdes;
TPC = TB/rd |
| Vorderradantrieb; Bremsen bei | TB = {Rw(cosδi + cosδo)/[If(sinδi + sinδo) – tcosδo)}·Mdes; |
| kurveninnerem Hinterrad |
TPC = 2TB·/[(cosδl + cosδo)·rd]
Ifδi = δo, dann TB = {2Rwcosδ/[(2If·(sinδ) – tcosδ}·Mdes; TPC = TB/(cosδ·rd) |
| Hinterradantrieb; Bremsen bei kurvenäußerem Hinterrad | TB = (2Rw/t)·Mdes;
TPC = TB/rd |
| Vorderradantrieb; Bremsen bei kurvenäußerem Vorderrad | TB = {Rw·(cosδi + cosδo)/[If·sinδi + (t/2)·cosδi] – [If·sinδo – (t/2)·cosδo]·cosδi}·Mdes;
TMC = 2cosδo·TB·/[(cosδl + cosδo)·rd]
Ifδi = δo, dann TB = {2Rw/[t·cosδ]}·Mdes;
TPC = TB/rd; |
| Vorderradantrieb; Bremsen bei kurvenäußerem Hinterrad | TB = {Rw(cosδi + cosδo)/[If(sinδi + sinδo) + tcosδo)}·Mdes;
TPC = 2TB·/[(cosδi + cosδo)·rd]
Wenn δi = δo, dann TB = [2Rw·cosδ/(2Ifsinδ + tcosδ)]·Mdes; TPC = TB/(cosδ·rd) |
wobei T
B das Bremsdrehmoment, R
w der Radradius, t eine Spurbreite des Fahrzeugs, δ
i ein Lenkwinkel des kurveninneren Rads, δ
o ein Lenkwinkel des kurvenäußeren Rads, δ ein Lenkwinkel von Lenkrädern und r
d das Differentialübersetzungsverhältnis ist. Bei einigen Ausführungsformen ist nur ein Gesamtlenkwinkel δ bekannt, das heißt, es werden nicht ausreichend Informationen bereitgestellt, um individuelle Radlenkwinkel zu bestimmen. T
PC ist ein Antriebsstrangsteuerdrehmoment, das den auf eine Bremsausübung zurückzuführenden Gesamtvortriebsdrehmomentverlust kompensiert. Es ist ein zusätzliches Drehmoment, das von den Antriebsstrangdrehmomenten, dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor ausgeübt wird, bei diesem aktiven Steuerereignis zusätzlich zu dem ursprünglichen Antriebsstrangvortriebsdrehmoment T
PP, so dass die Gesamtantriebsstrangdrehmomentausgabe an den angetriebenen Achsen beträgt:
TP = TPC + TPP. -
TPC wird von einer Kombination aus dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor geliefert. Oder in einigen Ausführungsformen ist TPC = TMC, d. h., der Elektromotor liefert das ganze erhöhte Drehmoment. Wegen der erhöhten Genauigkeit und Reaktionsrate des Elektromotors im Vergleich zu dem Verbrennungsmotor leistet der Elektromotor einen Beitrag zu TPC. In der Anfangsphase einer Anforderung nach TPC trägt der Elektromotor wahrscheinlich 100% bei, wobei der Verbrennungsmotor über die Dauer der Anforderung bereitstellt; der Elektromotor ist jedoch weiterhin aktiv, um das tatsächliche Drehmoment abzustimmen, das bereitgestellt wird, um dem angeforderten Drehmoment zu entsprechen.
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In der obigen Tabelle werden die Berechnungen des Nenngiersteuerdrehmoments, das von der Bremse ausgeübt wird, und das traktionskompensierende Drehmoment, das von dem Elektromotor und dem Verbrennungsmotor ausgeübt wird, für Fahrzeugbeispiele sowohl mit Vorderradantrieb als auch Hinterradantrieb bereitgestellt. Das gleiche Steuerverfahren gilt auch für die Kombination aus Hinterradantrieb; Bremsen bei einem Vorderrad, wenngleich die Gleichungen für diesen Fall nicht explizit enthalten sind.
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In 3 beginnt eine Ausführungsform der Offenbarung im Block 100 und geht zu Block 102. Die Steuerung bleibt im Block 102, bis das Fahrzeug eine Kurrenfahrt macht. Bei einer Ausführungsform ist die im Block 102 ein positives Ergebnis verursachende Kurrenfahrt größer als ein vorbestimmter Schwellwert, d. h., geringfügige Lenkkorrekturen von einer geraden Linie gehen nicht soweit, dass sie für die Zwecke von Block 102 als eine Kurvenfahrt angesehen werden. Falls eine Kurrenfahrt detektiert wird, geht die Steuerung zu Schritt 104, bei dem eine gewünschte Gierrate auf der Basis der Lenkwinkeleingabe von dem Fahrer und eine Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt wird; und eine tatsächliche Gierrate auf der Basis von Fahrzeugsensoren wird bestimmt. Die Abweichung zwischen der tatsächlichen und gewünschten Gierrate und die Abweichung zwischen dem tatsächlichen und gewünschten Schwimmwinkel werden berechnet. In Schritt 106 wird auf der Basis der gewünschten und tatsächlichen Gierrate bestimmt, ob das Fahrzeug untersteuert oder übersteuert oder keines von beiden, d. h. dem gewünschten Pfad folgt. Falls keines von beiden, wird keine Aktion ergriffen und die Steuerung geht zu 102, um den Test zu wiederholen.
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Falls in Block 106 eine Untersteuerung detektiert wird, geht die Steuerung zu Block 108. Im Block 108 wird ein gewünschtes Bremsdrehmoment für das kurveninnere Vorderrad gemäß einer Ausführungsform oder das kurveninnere Hinterrad gemäß einer anderen Ausführungsform berechnet. Ein derartiges berechnetes Bremsdrehmoment wird an das kurveninnere Rad geschickt. Das berechnete Bremsdrehmoment ist dasjenige, das bewirkt, dass sich die tatsächliche Gierrate der gewünschten Gierrate nähert, bewirkt aber auch eine Reduktion bei dem Längsvortrieb. Um den niedrigeren Längsvortrieb zu überwinden, wird das von dem Elektromotor gelieferte Drehmoment derart erhöht, dass der auf das Bremsen zurückzuführende Verlust an Längsvortrieb wettgemacht wird.
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Falls im Block 106 ein Übersteuern detektiert wird, geht die Steuerung zu Block 110, die analog zu Block 110 ist, außer dass das Bremsdrehmoment an ein kurvenäußeres Rad angelegt wird. Aus Block 108 und 110 geht die Steuerung zu Block 112, in dem bestimmt wird, ob das an den Elektromotor gekoppelte Rad durchdreht. Das heißt, es ist wünschenswert, den verlorengegangenen Längsvortrieb mit dem Elektromotor wettzumachen; jedoch nicht, falls es bewirkt, dass ein von dem Elektromotor angetriebenes Rad durchdreht. Falls dies der Fall ist, geht die Steuerung zu Block 114, in dem das von dem Elektromotor gelieferte Drehmoment reduziert wird. Falls dies nicht der Fall ist, geht die Steuerung zu Block 116, in dem bestimmt wird, ob das gebremste Rad blockiert ist. Falls ein positives Ergebnis in Block 116 vorliegt, geht die Steuerung zu Block 118, in dem das Bremsdrehmoment an das gebremste Rad verringert wird und ein Bremsdrehmoment an das andere Rad auf der gleichen Seite ausgeübt wird. Das heißt, falls das Bremsdrehmoment im Block 108 an ein kurveninneres Hinterrad angelegt wurde, dann wird im Block 118 das Bremsdrehmoment zu dem kurveninneren Hinterrad reduziert und an das kurveninnere Vorderrad angelegt. Das Ausüben einer Bremsung auf das andere Rad auf der gleichen Seite des Fahrzeugs wird derart bewerkstelligt, dass die gewünschte Gierrate erhalten wird. Die Steuerung geht zurück zu 116, um zu bestimmen, ob eines der gebremsten Räder blockiert ist. Falls dies der Fall ist, geht die Steuerung zu Block 118. Beim zweiten Durchlauf durch 118 wird einfach das Bremsdrehmoment zu beliebigen blockierten Rädern reduziert. Bei einem derartigen Fall kann die gewünschte Gierrate nicht bereitgestellt werden, weil unzureichend Traktion dazu vorliegt. Falls im Block 116 kein Rad blockiert ist, kehrt die Steuerung zurück zu Block 102. Die in 3 gezeigte Reihenfolge der Blöcke kann verändert werden, ohne von dem Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen.
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Ein Steuerdiagramm ist in 4 gezeigt. Fahrereingaben 120, einschließlich Fahrpedalposition und Lenkradwinkel, werden an Block 130 geliefert. In Block 125 wird der Fahrzeugzustand auf der Basis von Fahrzeugsensoren wie etwa Beschleunigungsmessern, einem Tachometer (zum Bestimmen der Fahrzeuggeschwindigkeit), einem Gierratensensor usw. berechnet. Mindestens die Fahrzeuggeschwindigkeit wird an den Block 130 geliefert. Zusätzliche Informationen wie etwa die Rollrate können an den Block 130 geliefert wenden, falls sie zur Verfügung stehen. Auf der Basis von Fahrer- und Sensoreingaben werden gewünschte Fahrzeugdynamikparameter bestimmt. Die eine Nachfrage nach Drehmoment anzeigende Pedalposition wird an Block 160 geliefert. Die gewünschte Gierrate rdes und der gewünschte Schwimmwinkel βdes nach Berechnung in Block 130 werden mit der tatsächlichen Gierrate ract und dem tatsächlichen Schwimmwinkel βact verglichen, die in Block 125 auf der Basis von Sensordaten berechnet werden. Der Fehler bei der Gierrate und der Fehler beim Schwimmwinkel werden zur Gierratensteuerung an Block 140 geliefert. Falls bei der Gierrate kein Fehler vorliegt, fährt das Fahrzeug so, wie der Bediener des Fahrzeugs fordert. In dem Fall eines Untersteuerns oder Übersteuerns jedoch ist der Fehler bei der Gierrate von null verschieden. Auf der Basis des Fehlers wird ein gewünschtes Giersteuermoment Mdes im Block 140 bestimmt.
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Unter weiterer Bezugnahme auf 4 wird das vom Fahrer angeforderte Drehmoment Tdrv in Block 130 auf der Basis der Pedalposition bestimmt. Das vom Fahrer angeforderte Drehmoment wird an den Block 160 geliefert. In einigen Situationen ist es nicht möglich oder ratsam, Tdrv zu liefern wie etwa wenn Traktionsbedingungen anzeigen, dass sich ein Rad nahe einer Schlupfgrenze befindet, oder Situationen, bei denen der Verbrennungsmotor inaktiv ist, d. h. Situationen, bei denen nur der Elektromotor den Antrieb liefert und der Elektromotor bei oder nahe seiner Grenze arbeitet; in solchen Situationen steht wenig oder kein zusätzliches Drehmoment zur Verfügung, um das auf ein Rad ausgeübte Bremsdrehmoment zu kompensieren. Für den Fall, dass das von dem Elektromotor verfügbare Drehmoment ausreicht, um das Bremsdrehmoment zu kompensieren, und kein Radschlupf oder keine Stabilitätsprobleme vorliegen, geht das vom Fahrer angeforderte Drehmoment durch den Block 160 zu Block 145 und einem Fahrzeugsystemcontroller in Block 155. Im Block 145 wird auf der Basis des gewünschten Giersteuermoments und des angeforderten Drehmoments ein gewünschtes Bremsdrehmoment TB_des bestimmt und an die Bremssteuerung 150 geliefert. Wegen Ungewissheiten bei den Charakteristika der Straßenoberfläche, des Fahrzeugs und der Bremsen ist das tatsächliche Bremsdrehmoment TB von dem befohlenen verschieden. In Block 160 wird ein Drehmoment zum Kompensieren der Reduktion beim Antrieb aufgrund des Bremsens mit einem Drehmoment TMC zum Schicken an den Elektromotor und einem an den Verbrennungsmotor zu schickenden Drehmoment Teng_comp bestimmt. Es gibt zwei Komponenten für das an den Elektromotor geschickte Gesamtdrehmoment TM, Ausgang von Block 165: der Teil des Drehmoments auf der Basis eines vom Fahrer angeforderten Drehmoments Treq, bestimmt für den Elektromotor, und der Teil des Kompensationsdrehmoments, den der Elektromotor liefern soll, TMC. Analog gibt es zwei Komponenten für das an den Motor gelieferte Drehmoment TENG, Ausgang von Block 170: der Teil des Drehmoments auf der Basis eines vom Fahrer angeforderten Drehmoments Treq, das bestimmt wunde, dass es der Verbrennungsmotor liefern soll, und das Kompensationsdrehmoment TENG,C. Dem Block 170 wird auch ein Mitkopplungssignal des motorgesteuerten Drehmoments TMC sowie das tatsächliche Bremsdrehmoment TB geliefert. Das Elektromotordrehmoment TM, das Verbrennungsmotordrehmoment TENG und das Bremsdrehmoment TB werden in 180 an das Fahrzeug geschickt.
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Die Ausführungsform in 4 eignet sich für ein HEV, d. h. Fahrzeuge mit einem Elektromotor und einem Verbrennungsmotor, die Antrieb liefern. Bei einem vollelektrischen Fahrzeug liefert der Elektromotor das ganze antreibende Drehmoment. Somit würde es in 4 keinen Block 165 oder eine Berechnung der Größen betreffend den Verbrennungsmotor geben. Weiterhin kann Block 160 bei solchen nur-elektrischen Anwendungen mit Block 170 kombiniert werden.
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Ein Beispiel in 5 zeigt ein Bremsdrehmoment, das ausgeübt wird, um eine gewünschte Gierrate zu liefern. Das Bremsdrehmoment ist negativ; ist aber positiv gezeigt, d. h., der Betrag des Bremsdrehmoments. Falls ein Verbrennungsmotor verkurvenfahrt wurde, um das Kompensationsbremsdrehmoment zu liefern, hängt er hinterher. Er steigt somit nicht an, um das Bremsdrehmoment in den Anfangsstadien wettzumachen, und überschwingt und überkorrigiert dann. In den letzten Stadien hängt der Verbrennungsmotor beim Abfall auf null hinterher, wenn das Kompensationsdrehmoment nicht länger benötigt wird. Der Elektromotor kann sich sehr schnell verstellen, um das Kompensationsdrehmoment bereitzustellen, so dass das Elektromotorkompensationsdrehmoment in 5 dem Bremsdrehmoment sehr nahe folgt. In 6 ist die Summe aus dem Bremsdrehmoment (negativ) und dem Verbrennungsmotorkompensationsdrehmoment mit einer gestrichelten Linie aufgetragen. Falls die Steuerung perfekt wäre, würde die Kurve auf der Nulllinie liegen. Stattdessen gibt es positive und negative Abweichungen. Die Summe aus Bremsdrehmoment und Elektromotorkompensationsdrehmoment (strichgepunktete Linie) liegt sehr nahe an null, was eine hervorragende Steuerung des Verbrennungsmotors anzeigt. Das zum Kompensieren für einen Antriebsverlust aufgrund der Bremsanwendung verkurvenfahrte Elektromotordrehmoment fügt der Gierregelschleife eine Störung hinzu. Eine derartige Störung wird von der aktiven Gierregelschleife durch eine Bremsdrehmomentsteuerung kompensiert. Die Elektromotordrehmomentsteuerung befindet sich in einem internen Slave-Regelkreis, dessen Promptheit und Genauigkeit die Hauptsteuerungsfaktoren sind. Die Elektromotordrehmomentkompensationssteuerung und die aktive Giersteuerung könnten ansonsten einander bekämpfen und möglicherweise zu einem instabilen Zustand führen. Wieder unter Bezugnahme auf 4 enthält die Offenbarung eine zweischleifige Steuerstruktur mit einer primären Außenschleife, d. h. aktive Giersteuerung, und einer Slave-Innenschleife, d. h. Elektromotordrehmomentkompensationssteuerschleife.
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Während der beste Modus ausführlich beschrieben worden ist, erkennt der Fachmann verschiedene alternative Designs und Ausführungsformen innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche. Wenn eine oder mehrere Ausführungsformen so beschrieben worden sind, dass sie Vorteile liefern oder gegenüber anderen Ausführungsformen und/oder gegenüber dem Stand der Technik bezüglich eines oder mehrerer gewünschter Charakteristika bevorzugt werden, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass unter verschiedenen Merkmalen Kompromisse vorgenommen werden können, um gewünschte Systemattribute zu erzielen, die von der spezifischen Anwendung oder Implementierung abhängen können. Zu diesen Attributen zählen unter anderem: Kosten, Festigkeit, Dauerhaftigkeit, Lebenszykluskosten, Vermarktbarkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Wartbarkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, einen extensiven Satz von Sensoren zu haben, um eine präzise Bestimmung des Fahrzeugzustands bereitzustellen. Die optimale Anzahl an derartigen Einrichtungen bezüglich der Präzision kollidiert wahrscheinlich mit der optimalen Anzahl bezüglich Kosten. Ein geeigneter Kompromiss kann je nach der Anwendung gewählt werden. Die Ausführungsformen, die so beschrieben sind, dass sie relativ zu anderen Ausführungsformen bezüglich eines oder mehrerer Charakteristika weniger wünschenswert sind, liegen nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung, wie beansprucht.
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Eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern eines Fahrzeugs während einer Kurrenfahrt umfassent:
Ausüben eines Bremsdrehmoments auf ein kurveninneres Rad des Fahrzeugs, wenn ein Untersteuern detektiert wird;
Erhöhen der elektrischen Energie zu einem an eine erste Achse des Fahrzeugs gekoppelten Elektromotor als Reaktion auf ein Ausüben des Bremsdrehmoments.
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Dabei ist bevorzugt die erste Achse eine Vorderachse, wobei das Fahrzeug ein Fahrzeug mit Vorderradantrieb ist, und das kurveninnere Rad, auf das das Bremsdrehmoment ausgeübt wird, an die erste Achse oder eine zweite Achse des Fahrzeugs gekoppelt.
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Dabei ist alternativ bevorzugt die erste Achse eine Hinterachse ist, wobei das Fahrzeug ein Fahrzeug mit Hinterradantrieb, und das kurveninnere Rad, auf das das Bremsdrehmoment ausgeübt wird, an die Hinterachse gekoppelt.
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Bevorzugt kompensiert die Erhöhung der elektrischen Energie zu dem Elektromotor das Bremsdrehmoment im Wesentlichen.
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Dabei ist bevorzugt das Fahrzeug ein Hybridfahrzeug mit einem an die erste Achse gekoppelten Verbrennungsmotor, wobei der Verbrennungsmotor einen Großteil des antreibenden Drehmoments liefert und der Elektromotor kompensierendes antreibendes Drehmoment liefert.
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Weiter bevorzugt umfasst ein erfindungsgemäßes Verfahren:
Bestimmen eines Giersteuermoments zum Korrigieren eines Untersteuerns, wenn eine Größe des Bremsdrehmoments auf der Basis des bestimmten Giersteuermoments basiert.
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Weiter bevorzugt umfasst ein erfindungsgemäßes Verfahren:
Bestimmen, ob das kurveninnere Rad, auf das das Bremsdrehmoment ausgeübt wird, durchrutscht;
Reduzieren des Bremsdrehmoments auf das kurveninnere Rad und Ausüben eines Bremsdrehmoments auf ein anderes kurveninneres Rad.
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Ferner bevorzugt umfasst ein erfindungsgemäßes Verfahren:
Ausüben eines Bremsdrehmoments auf ein kurvenäußeres Rad des Fahrzeugs, wenn ein Übersteuern detektiert wird.
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Weiter bevorzugt umfasst ein erfindungsgemäßes Verfahren:
Bestimmen eines Giersteuermoments zum Korrigieren eines Übersteuerns, wenn eine Größe des Bremsdrehmoments auf der Basis des bestimmten Giersteuermoments basiert.
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Bezugszeichenliste
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Fig. 3
- n
- nein
- 102
- Ist Fahrzeug in einer Kurvenfahrt?
- 104
- Bestimmen der gewünschten Gierrate = Funktion (Lenkwinkel, Fahrzeuggeschwindigkeit usw.);
Berechnen der Abweichung zwischen tatsächlicher und gewünschter Gierrate;
Berechnen der Abweichung zwischen tatsächlichem und gewünschtem Schwimmwinkel
- 106
- Untersteuert oder übersteuert Fahrzeug oder keines?
- 108
- Berechnen des gewünschten Bremsdrehmoments;
Ausüben des Bremsdrehmoments auf kurveninneres Rad;
Inkl. vom Motor geliefertes Drehmoment
- 110
- Berechnen des gewünschten Bremsdrehmoments;
Ausüben des Bremsdrehmoments auf kurvenäußeres Rad;
Inkl. vom Motor geliefertes Drehmoment
- 112
- Dreht ein an den Motor gekoppeltes Rad durch?
- 114
- Vom Motor geliefertes Drehmoment reduzieren
- 116
- Blockiert das gebremste Rad?
- 118
- Bremsen auf gebremstes Rad reduzieren; Ausüben des Bremsens auf anderes Rad auf der gleichen Seite
Fig. 4 - 120
- Fahrereingabe
- 130
- gewünschte Fahrzeugdynamikparameter
- 125
- Sensoreingaben; Fahrzeugzustandsberechnung
- 140
- Giersteuerung
- 145
- Drehmomentbestimmung/-befehl
- 150
- Bremssteuerung
- 160
- Fahrzeugsystemsteuerung
- 165
- Verbrennungsmotordrehmomentsteuerung
- 170
- Elektromotordrehmomentsteuerung
- 180
- Hybridfahrzeug/Elektrofahrzeug/Brennstoffzellenfahrzeug