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EP4072889A1 - Verfahren zur regelung einer angetriebenen achse eines kraftfahrzeugs und kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur regelung einer angetriebenen achse eines kraftfahrzeugs und kraftfahrzeug

Info

Publication number
EP4072889A1
EP4072889A1 EP19831600.2A EP19831600A EP4072889A1 EP 4072889 A1 EP4072889 A1 EP 4072889A1 EP 19831600 A EP19831600 A EP 19831600A EP 4072889 A1 EP4072889 A1 EP 4072889A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
motor vehicle
wheel
slip
axle
actual
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19831600.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerd Kaiser
Enrique Cordero
Volker-René RUITERS
Marius OFFENBERG
Rudolf FITZ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GKN Automotive Ltd
Original Assignee
GKN Automotive Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GKN Automotive Ltd filed Critical GKN Automotive Ltd
Publication of EP4072889A1 publication Critical patent/EP4072889A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B60W30/18—Propelling the vehicle
    • B60W30/18009—Propelling the vehicle related to particular drive situations
    • B60W30/18145—Cornering

Definitions

  • the invention relates to a method for regulating at least one driven axle of a motor vehicle. At least one wheel is arranged on the axle and is in contact with a surface with respect to which the motor vehicle is or is moved.
  • the wheels of a driven axle should ideally have no (or very little) slip with respect to the ground, so that grip or grip is guaranteed at all times if possible. From a technical point of view, there is also a certain amount of slip during normal driving (braking, acceleration), which is caused by the deformation of the tires. However, this is not considered here. At certain operating points of a motor vehicle and / or a drive unit, however, it may be permissible and, in particular, even wanted for a wheel or the wheels of the axle to slip in a controlled manner (i.e. not exclusively caused by deformation of the tires but rather by the tire or wheel spinning with respect to the subsurface) so that controllable drifting of the vehicle can be achieved.
  • a controlled manner i.e. not exclusively caused by deformation of the tires but rather by the tire or wheel spinning with respect to the subsurface
  • Monitoring of the slip is particularly useful in the case of electrical drive units that can provide a drive torque with a high rate of change to drive the axle or drive the at least one wheel.
  • a method for regulating at least one driven axle of a motor vehicle has at least one axle with at least one wheel and at least one drive unit for providing drive torque for the at least one axle and for the at least one wheel and a control unit for regulating the drive unit.
  • the method is carried out during operation of the motor vehicle and comprises at least the following steps: a) determining a first actual speed of the motor vehicle; b) determining a second actual speed of the at least one wheel; c) calculating a setpoint speed of the at least one wheel for the determined first actual speed, taking parameters into account; d) determining an actual slip of the at least one wheel with respect to a surface on which the motor vehicle is moved; wherein, if the actual slip exceeds a defined first limit slip, according to step e) the control unit generates a limit torque through which a drive torque generated by the drive unit is adjusted, e.g. B. is limited.
  • Step e) is particularly conditional and, if necessary, is only carried out if the actual slip determined in accordance with step d) exceeds a defined first limit slip.
  • steps a) to d), possibly steps a) to e), are carried out in the order listed.
  • the motor vehicle can have one or more axles.
  • the method can be carried out for one, several or all driven axes.
  • the at least one axle can comprise one wheel or a plurality of wheels.
  • the wheels of an axle are arranged at different ends of the axle.
  • a drive torque of the drive unit is transmitted to the at least one wheel via the axle.
  • the method regulates the drive torque transmitted from the drive unit to the at least one wheel.
  • the drive unit is controlled directly, ie the drive unit and the drive torque generated by it are controlled by the method.
  • a drive torque generated by the drive unit should not exceed a limit torque generated by the control unit.
  • the first actual speed of the motor vehicle is the currently prevailing speed of the motor vehicle in relation to the ground on which the motor vehicle is located or which is contacted by the at least one wheel.
  • the second actual speed of the at least one wheel is the current speed of the wheel or is correlated to it.
  • the (first and / or second) actual speed can in a known manner, for. B. can be determined using speed sensors.
  • the setpoint speed of the at least one wheel can in particular be determined from the first actual speed.
  • the setpoint speed of the at least one wheel is the rotational speed of the wheel to be assumed taking into account the first actual speed or is correlated to it.
  • the target speed corresponds in particular to the second actual speed of the wheel if there were no slip between the wheel and the ground.
  • parameters must be taken into account when determining the target speed, e.g. B. the geometry of the motor vehicle (i.e., for example, the distance between the wheels and a longitudinal axis of the motor vehicle, a steering angle of the wheels in relation to a straight-ahead position, etc.).
  • the parameters are intended to ensure that an actual slip to be determined can be determined with a high degree of accuracy.
  • Factors that lead to a deviation e.g. B. would lead between the first actual speed and the second actual speed, even if there is no slip, should be identified and taken into account and, if necessary, compensated.
  • Such a factor could e.g. B. represent cornering in a four-wheeled, two-axle motor vehicle, as this would mean that the wheel on the outside of the curve would have to cover a longer distance.
  • an actual slip of the at least one wheel can be determined or calculated from the deviation between the setpoint speed and the second actual speed.
  • the actual slip describes the spinning of the wheel against the ground that the wheel is in contact with.
  • the actual slip is the difference between the second actual speed and the target speed of the wheel, i.e. a speed or a rotational speed that is correlated to it.
  • the defined first limit slip is a value for a slip of the wheel that is just considered to be permissible.
  • the first limit slip can be defined as a function of operating points of the drive unit or of operating points of the motor vehicle.
  • the first limit slip can have specific values for specific first actual speeds of the motor vehicle.
  • the first limit slip can be dependent on driving conditions (cornering, starting, Acceleration, braking, drifting, etc.), coefficients of friction between the wheel and the ground and / or driving modes that can be selected by the driver (terrain, road, eco, comfort, sport, etc.) must be defined.
  • the first limit slip is greater than a small first slip, which is still considered to be permissible.
  • the first limit slip is smaller than a large second slip which, if possible, should not be exceeded at any point in time.
  • step e) is only carried out if the large second slip is to be expected to be exceeded. If it is not expected to be exceeded, the drive torque of the drive unit in particular does not have to be checked or regulated and limited or, if necessary, only as part of a “soft” regulation.
  • step e) ensures that the large second slip is not exceeded at any point in time.
  • the drive unit is regulated in such a way that a drive torque requested by a user (e.g. driver, cruise control, device for autonomous driving) of the motor vehicle is not provided.
  • the drive unit should in particular be regulated in such a way that, on the one hand, the user's requirement is taken into account, i.e. that the drive torque is regulated in particular towards the desired drive torque, on the other hand, however, a slip is only permitted below the large second slip.
  • the method should in particular make it possible to use a drive unit that drives the at least one axle or the at least one wheel regulate that the at least one wheel spins very little (or in a controlled manner) with respect to the ground.
  • a drive unit that drives the at least one axle or the at least one wheel regulate that the at least one wheel spins very little (or in a controlled manner) with respect to the ground.
  • the first actual speed of the motor vehicle is determined, taking into account the first limit slip is defined.
  • the second actual speed and a first acceleration of the at least one wheel can also be determined.
  • z. B When driving fast, tight bends and with an axle load distribution on the axle, only the wheel on the outside of the curve of the axle under consideration is taken into account for determining the second actual speed.
  • the target speed of the wheel can be based on the parameters, so z. B. the geometry of the motor vehicle and the steering wheel angle can be calculated.
  • the control unit As soon as the at least one wheel and / or the axle spins or reaches a certain slip (actual slip is greater than the first limit slip), the control unit becomes active and generates a limit torque.
  • a limit torque is initially generated by the control unit, which was defined taking into account the first acceleration and the currently present drive torque.
  • This initially defined limit torque can in particular be increased or decreased within the framework of defined rates of change, the operating state of the wheel or the axle being taken into account.
  • This state is defined by the first acceleration and the actual slip of the wheel or axle.
  • step e) can be ended again.
  • the rates of change for changing the limit torque should be defined in particular taking into account the present drive train and should in particular be selected so that they allow the best possible comfort for the user of the motor vehicle while at the same time adequately limiting the slip.
  • the slip should therefore be returned to the permissible limits or kept there as quickly as possible (i.e. less than the large second slip).
  • abrupt changes in the torque should be avoided if possible.
  • the method can in particular be carried out both for acceleration with a positive sign (that is to say towards higher speeds) and with a negative sign (that is to say towards lower speeds, for example during recuperation).
  • the first limit slip is determined as a function of the first actual speed.
  • the first limit slip thus has different values, in particular for different first actual speeds.
  • the value for the first limit slip is higher at higher first actual speeds than at low first actual speeds.
  • step e) the generation of a limit torque according to step e) is ended.
  • the torque requested by the user of the motor vehicle can then be generated by the drive unit and transmitted to the at least one wheel or the at least one axle.
  • the second limit slip can be the same as the first limit slip.
  • the second limit slip is less than the first limit slip.
  • the second limit slip can also be zero (apart from the slip mentioned at the beginning, which is caused by the deformation of the tires), i.e. H. there is then no spinning of the wheel with respect to the ground.
  • a first acceleration of the at least one wheel is determined, the limit torque being changed at a rate of change, taking into account the first acceleration and the drive torque.
  • the first acceleration can be, for. B. calculated from characteristic values of the drive unit by the control unit or determined or derived from sensor signals.
  • conclusions can be drawn about the first acceleration from the change in a rotational speed of the axle or of the wheel.
  • the rate of change particularly refers to the speed at which a value for the limit torque is changed.
  • the rate of change can e.g. B. expressed in Newton meters per second.
  • the rate of change is determined as a function of the actual slip and a sign of the first acceleration (that is, braking or accelerating the wheel).
  • the rate of change is different as a function of these characteristic values (actual slip, sign of the first acceleration).
  • the rate of change has larger values for a high actual slip and lower values for a lower actual slip.
  • the rate of change can have the same amounts (but different signs) for the respective actual slip.
  • the rate of change can have constant values for certain ranges of values of the actual slip.
  • the rate of change can therefore be variable in steps.
  • the drive unit comprises at least one electrical machine.
  • the method described is particularly suitable for such drive units.
  • the drive torque generated can be changed very quickly, so that slip can easily occur over the entire speed range.
  • the present method is intended to be used in drive trains in which electrical machines are used to provide drive torque.
  • the drive unit is directly connected to the axle.
  • no clutch regulating slip (at the necessary speed) is arranged between the drive unit and the axle.
  • the drive unit is connected to the axle via a transmission.
  • a clutch is arranged between the transmission and the drive unit.
  • this clutch is also not suitable for regulating the slip of the axle or of the at least one wheel at the required speed.
  • the axle has at least two wheels, the actual speed of the wheel on the outside of the curve being determined as the second actual speed when the motor vehicle is cornering and when the motor vehicle accelerates positively second.
  • the other wheel should be considered during recuperation or a possible understeer intervention.
  • adhesion or controlled slip of the wheel on the outside of the curve of the driven axle is required for stable operation or for controllable travel of the motor vehicle and is therefore particularly taken into account here.
  • slippage of the wheel on the inside of the curve can also not be desired and therefore be taken into account.
  • the axle has at least two wheels, with at least the actual speed of the wheel on the inside of the curve being determined as the second actual speed when the motor vehicle is cornering and when the motor vehicle is undergoing a negative second acceleration (e.g. recuperation).
  • several wheels are taken into account for the determination of the second actual speed, so that an actual slip on several or even on all wheels of the driven axle (s) can be monitored.
  • at least one geometry of the motor vehicle and a steering angle of the wheels are taken into account as parameters.
  • a motor vehicle is also proposed, at least comprehensively • an axle with at least one wheel as well
  • a drive unit for providing a drive torque for the axle and for the at least one wheel as well
  • the control device is designed or set up in a suitable manner for carrying out the method.
  • a control device is also proposed that is equipped, configured or programmed to carry out the described method.
  • the method can also be carried out by a computer or with a processor of a control unit.
  • a system for data processing which comprises a processor which is adapted / configured in such a way that it carries out the method or part of the steps of the proposed method.
  • a computer-readable storage medium can be provided which comprises instructions which, when executed by a computer / processor, cause the latter to execute the method or at least some of the steps of the proposed method.
  • first”, “second”, ...) primarily (only) serve to differentiate between several similar objects, sizes or processes, so in particular no dependency and / or sequence of these objects, sizes o- the processes must be specified in relation to each other. Should a dependency and / or sequence be necessary, this is explicitly stated here or it is obvious to the person skilled in the art when studying the specifically described embodiment. If a component can occur several times (“at least one”), the description of one of these components can apply equally to all or part of the majority of these components, but this is not mandatory.
  • FIG. 2 a second diagram in which the curves of torques are shown over time
  • Fig. 5 a motor vehicle.
  • FIG. 1 shows a first diagram in which the curves of speed 7, 8, 9 and slip 10, 11, 17, 18, 19 over time 20 are shown.
  • FIG. 2 shows a second diagram in which curves of torques 5, 12, 21 over time 20 are shown.
  • FIGS. 1 and 2 are described jointly below.
  • the speeds 7, 8, 9 and the respective slips 10, 11, 17, 18, 19 are plotted on the vertical axis.
  • Time 20 is shown on the horizontal axis.
  • the torques 5, 12, 21 are plotted on the vertical axis.
  • Time 20 is plotted on the horizontal axis.
  • the first diagram and the second diagram correlate with one another, ie the respective courses are dependent on one another and are plotted over the same time scale.
  • the motor vehicle 2 is in operation and has a first actual speed 7 with respect to the ground.
  • the set speed 9 of the wheel 3 or the axle 1 corresponds to the first actual speed 7.
  • a course of the second actual speed 8 of the axis 1 is also shown.
  • the course of the second actual speed 8 differs significantly from the setpoint speed 7.
  • there is an actual slip 10 which is also shown by the course of the second actual speed 8.
  • a low first slip 17, a high second slip 18 and a first limit slip 11 and a second limit slip 19 are shown.
  • the second limit slip 19 corresponds to the first slip 17.
  • the proposed method attempts, in particular, to set the actual slip 10 to at most the first limit slip 11 during normal operation of the motor vehicle.
  • a drive torque 5 provided by the drive unit 4 is limited in certain operating points to the limit torque 12 generated by the method.
  • a drive torque 21 requested by a user of the motor vehicle 2, which is higher than the limit torque 12 is ignored and is currently not being generated in the drive unit 4. It can be seen from FIG. 1 that the first limit slip 11 exceeded and the second limit slip 19 has not yet fallen below again.
  • a limit torque 12 that could limit the requested drive torque 21 has not been generated.
  • the first limit slip 11 has not been exceeded so far or, after it has been exceeded, the second limit slip 19 has not been exceeded again.
  • the limit torque 12 is shown at operating points at which no limit torque 12 was generated by the method, with a constantly high value, ie. H. In these operating points, the limit torque is always higher than a drive torque 5 that can be provided by the drive unit 4.
  • the method prevents or attempts to prevent a high second slip 18 from being reached or exceeded.
  • a limit torque 12 is generated that the drive unit 4 is allowed to provide at most at certain operating points. If a high second slip 18 should nevertheless be exceeded, the torque provided by the drive unit 4 can, however, be reduced even more restrictively.
  • FIG. 3 A flow chart for the method is shown in FIG. 3. Reference is made to the statements relating to FIGS. 1 and 2.
  • the method is carried out while the motor vehicle 2 is in operation.
  • a occurs in the first field 23 in accordance with step a) Determination of a first actual speed 7 of motor vehicle 2.
  • a second actual speed 8 of at least one wheel 3 or axle 1 is determined in first field 23.
  • first field 23 is used a calculation of a setpoint speed 9 of the at least one wheel 3 for the determined first actual speed 7, taking parameters into account.
  • step d) an actual slip 10 of the at least one wheel 3 with respect to a surface on which the motor vehicle 2 is moved is also determined in the first field 23.
  • a first decision 28 as part of the method checks whether a limit torque 12 has been generated and is already present and whether this limit torque 12 is less than a drive torque 21 requested by a user.
  • a limit torque 12 is set according to the second field 24 as a function of the first acceleration 13 and the actual slip 10 of the wheel 3 or the axle 1 and the currently present drive torque 5 is defined and generated.
  • a second decision 29 checks whether an actual slip 10 is present that is higher than the first limit slip 11. If this is the case, a limit torque 12 is generated in third field 25. If this is not the case, the limit torque 12 is set in the fourth field 26 to a value which is higher than a drive torque 5 that can be provided by the drive unit 4.
  • the drive torque 5 of the drive unit 4 is specified that is generated and applied to the axis 1 or the at least one
  • Wheel 3 can be transferred. It is either a drive torque 5 limited by the limit torque 12 or an unlimited drive torque 5 that then corresponds to the drive torque 21 requested by the user.
  • the initially defined limit torque 12 can be increased or decreased within the framework of defined rates of change 14, the operating state of the wheel 3 or axle 1 being taken into account. This operating state is defined by the first acceleration 13 and the actual slip 10 of the wheel 3 or axle 1.
  • Step e) is only carried out if the large second slip 18 is expected to be exceeded or if the first limit slip 11 is exceeded (second decision 29 and towards the third field 25). If it is not to be expected that it will be exceeded, the drive torque 5 of the drive unit 4 does not have to be checked or regulated and limited. In this case, the method proceeds from the second decision 29 to the fourth field 26. In the fourth field 26, it is established that the limit torque 12 is set to a value that is higher than a drive torque 5 that can be provided by the drive unit 4.
  • FIG. 4 shows a diagram which shows different rates of change 14 as a function of slip 11, 17, 18, 19 and first acceleration 13 of wheel 3. Reference is made to the statements relating to FIGS. 1 to 3.
  • the slip 11, 17, 18, 19 is plotted on the vertical axis.
  • the first acceleration 13 is plotted on the horizontal axis. There are negative values of the first acceleration 13 to the left of the zero and positive values of the first acceleration 13 to the right of the zero.
  • the limit torque 12 generated when a certain actual slip 10 is present can be increased or decreased within the framework of defined rates of change 14, the operating state of the wheel 3 or axle 1 being taken into account.
  • a first acceleration 13 of the at least one wheel 3 is determined, the limit torque 12 being changed at a specific rate of change 14 taking into account the first acceleration 13 and the drive torque 5.
  • This operating state is defined by the first acceleration 13 and the actual slip 10 of the wheel 3 or axle 1.
  • the rates of change 14 for changing the limit torque 12 are selected such that they enable the best possible comfort for the user of the motor vehicle 2 while at the same time sufficiently limiting the actual slip 10.
  • the actual slip 10 should therefore be returned to the permissible limits or kept there as quickly as possible (i.e. lower than the big second slip 18).
  • abrupt changes in the drive torque 5 should be avoided as far as possible.
  • the method can be carried out both for a first acceleration 13 with a positive sign (that is to say towards higher speeds) and also with a negative sign (that is to say towards lower speeds, for example during recuperation).
  • the rate of change 14 denotes the speed at which a value for the limit torque 12 is changed.
  • the rate of change 14 may e.g. B. expressed in Newton meters per second.
  • the rate of change 14 is determined as a function of the actual slip 10 and a sign of the first acceleration 13 (that is to say braking or accelerating the wheel 3).
  • the rate of change 14 is different as a function of these characteristic values (actual slip 10, sign of the first acceleration 13).
  • different areas 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36 are provided, each of which has its own constant value for the rate of change 14.
  • the rate of change 14 has larger values for a high actual slip 10 (e.g. first area 30 and second area 31 with first slip area 37) and for a lower actual slip 10 lower values (e.g. fifth area 34 and sixth area 35 with third slip area 39).
  • the rate of change 14 has the same amounts for both signs of the first acceleration 13 (seventh area 36 with fourth slip area 40).
  • the third area 32 and the fourth area 33 are arranged between the areas 30, 31 and the areas 34, 35 (with a mean actual slip 10, that is, with the second slip area 38).
  • the rate of change 14 thus has constant values in the specific areas 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36.
  • the rate of change 14 is thus variable in steps.
  • the motor vehicle 2 comprises a driven axle 1 with two wheels 3, a non-driven axle 1 with two wheels 3 and a drive unit 4 for providing a drive torque 5 for the driven axle 1 and for the wheels 3
  • the motor vehicle 2 further comprises a control unit 6 for regulating the drive unit 4.
  • the control unit 6 is designed to be suitable for carrying out the method.
  • the drive unit 4 is directly connected to the axle 1.
  • the axle 1 has two wheels 3, the actual speed of the wheel 3 on the outside of the curve being determined as the second actual speed 8 when the motor vehicle 3 is cornering and when the second acceleration 15 of the motor vehicle 2 is positive.
  • a geometry of the motor vehicle 2 here, for example, the distance between the wheels 3 of an axle 1 and a steering angle 16 of the wheels 3 are taken into account as parameters.

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Abstract

Verfahren zur Regelung zumindest einer angetriebenen Achse (1) eines Kraftfahrzeugs (2), wobei das Kraftfahrzeug (2) zumindest eine Achse (1) mit mindestens einem Rad (3) sowie zumindest eine Antriebseinheit (4) zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmoments (5) für die zumindest eine Achse (1) und für das mindestens eine Rad (3) sowie ein Steuergerät (6) zur Regelung der Antriebseinheit (4) aufweist; wobei das Verfahren im Betrieb des Kraftfahrzeuges (2) durchgeführt wird und zumindest die folgenden Schritte umfasst: a) Ermitteln einer ersten Ist-Geschwindigkeit (7) des Kraftfahrzeugs (2); b) Ermitteln einer zweiten Ist-Geschwindigkeit (8) des mindestens einen Rades (3); c) Berechnen einer Soll-Geschwindigkeit (9) des mindestens einen Rades (3) für die ermittelte erste Ist-Geschwindigkeit (7) unter Berücksichtigung von Parametern; d) Bestimmen eines Ist-Schlupfes (10) des mindestens einen Rades (3) gegenüber einem Untergrund, auf dem das Kraftfahrzeug (2) bewegt wird; wobei, wenn der Ist-Schlupf (10) einen definierten ersten Grenzschlupf (11) übersteigt, gemäß Schritt e) das Steuergerät (6) ein Grenzdrehmoment (11) generiert, durch das das von der Antriebseinheit (4) erzeugtes Antriebsdrehmoment (5) angepasst wird.

Description

VERFAHREN ZUR REGELUNG EINER ANGETRIEBENEN ACHSE EINES KRAFTFAHRZEUGS UND KRAFTFAHRZEUG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung zumindest einer angetriebenen Achse eines Kraftfahrzeugs. An der Achse ist mindestens ein Rad angeordnet, dass sich in Kontakt mit einem Untergrund befindet, gegenüber dem das Kraftfahrzeug bewegbar ist bzw. bewegt wird.
Die Räder einer angetriebenen Achse sollen idealerweise keinen (oder einen sehr geringen) Schlupf gegenüber dem Untergrund aufweisen, so dass eine Bodenhaftung bzw. Untergrundhaftung zu möglichst jedem Zeitpunkt gewährleistet ist. Dabei liegt technisch gesehen auch bei dem normalen Fahren (Bremsen, Beschleunigen) ein gewisser Schlupf vor, der durch die Verformung der Reifen verursacht wird. Dieser wird hier aber nicht betrachtet. In bestimmten Betriebspunkten eines Kraftfahrzeuges und/oder einer Antriebseinheit kann es jedoch zulässig und insbesondere sogar gewollt sein, dass ein Rad bzw. die Räder der Achse kontrolliert Schlupfen (also nicht ausschließlich verursacht durch Verformung der Reifen sondern durch ein Durchdrehen des Reifens bzw. des Rades gegenüber dem Untergrund), damit ein beherrschbares Driften des Kraftfahrzeu- ges realisiert werden kann.
Gerade bei elektrischen Antriebseinheiten, die ein Antriebsdrehmoment mit einer hohen Änderungsrate zum Antrieb der Achse bzw. zum Antrieb des mindestens einen Rades bereitstellen können, ist eine Überwachung des Schlupfes sinnvoll.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik angeführten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Verfahren zur Regelung zumindest einer angetriebenen Achse eines Kraftfahrzeuges vorgeschlagen werden, durch das ein Schlupf des Rades bzw. der Räder kontrolliert und geregelt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgaben trägt ein Verfahren mit den Merkmalen ge- mäß Patentanspruch 1 bei. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei wei- tere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Es wird ein Verfahren zur Regelung zumindest einer angetriebenen Achse eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen. Das Kraftfahrzeug weist zumindest eine Achse mit mindestens einem Rad sowie zumindest eine Antriebsein- heit zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmoments für die zumindest eine Achse und für das mindestens eine Rad sowie ein Steuergerät zur Regelung der Antriebseinheit auf. Das Verfahren wird im Betrieb des Kraftfahrzeuges durchgeführt wird und umfasst zumindest die folgenden Schritte: a) Ermitteln einer ersten Ist-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs; b) Ermitteln einer zweiten Ist-Geschwindigkeit des mindestens einen Rades; c) Berechnen einer Soll-Geschwindigkeit des mindestens einen Rades für die ermittelte erste Ist-Geschwindigkeit unter Berücksichtigung von Parametern; d) Bestimmen eines Ist-Schlupfes des mindestens einen Rades gegenüber einem Untergrund, auf dem das Kraftfahrzeug bewegt wird; wobei, wenn der Ist-Schlupf einen definierten ersten Grenzschlupf übersteigt, gemäß Schritt e) das Steuergerät ein Grenzdrehmoment generiert, durch das ein von der Antriebseinheit erzeugtes Antriebsdrehmoment angepasst, z. B. begrenzt, wird.
Die obige (nicht abschließende) Einteilung der Verfahrensschritte in a) bis e) soll vorrangig nur zur Unterscheidung dienen und keine Reihenfolge und/oder Abhängigkeit erzwingen. Auch die Häufigkeit der Verfahrensschritte z. B. während der Durchführung des Verfahrens kann variieren. Ebenso ist möglich, dass Verfahrensschritte einander zumindest teilweise zeitlich überlagern. Insbesondere werden zumindest die Schritte a) bis d) kontinuierlich und zeitlich parallel zueinander durchgeführt, wobei Schritte c) und d) insbesondere auf Basis der in den Schritten a) und b) jeweils ermittelten Kennwerte durchgeführt werden. Ganz besonders bevorzugt finden die Verfahrensschritte a) bis d) kontinuierlich statt. Schritt e) ist insbesondere bedingt und wird ggf. nur dann ausgeführt, wenn der gemäß Schritt d) bestimmte Ist-Schlupf einen definierten ersten Grenzschlupf übersteigt. Insbesondere werden zumindest die Schritte a) bis d), ggf. die Schritte a) bis e), in der angeführten Reihenfolge durchgeführt.
Das Kraftfahrzeug kann eine oder mehrere Achsen aufweisen. Insbesondere kann das Verfahren für eine, mehrere oder alle angetriebenen Achsen durchgeführt werden.
Die zumindest eine Achse kann ein Rad oder mehrere Räder umfassen. Insbesondere sind die Räder einer Achse an unterschiedlichen Enden der Achse angeordnet. Ein Antriebsdrehmoment der Antriebseinheit wird über die Achse auf das mindestens eine Rad übertragen. Das Verfahren regelt insbesondere das von der Antriebseinheit auf das mindestens eine Rad übertragene Antriebsdrehmoment. Insbesondere wird durch das Verfahren die Antriebseinheit unmittelbar geregelt, d. h. durch das Verfahren wird die Antriebseinheit und das von ihr erzeugte Antriebsdrehmoment geregelt. Dabei soll, wenn das Verfahren durchgeführt wird, ein von der Antriebseinheit erzeugtes Antriebsdrehmoment ein von dem Steuergerät generiertes Grenzdrehmoment nicht überschreiten.
Insbesondere ist die erste Ist-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges die aktuell vorliegende Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges gegenüber dem Untergrund, auf dem sich das Kraftfahrzeug befindet, bzw. den das mindestens eine Rad kontaktiert.
Insbesondere ist die zweite Ist-Geschwindigkeit des mindestens einen Rades die aktuell vorliegende Drehzahl des Rades bzw. korreliert dazu.
Die (erste und/oder zweite) Ist-Geschwindigkeit kann in bekannter Weise z. B. anhand von Drehzahlsensoren ermittelt werden.
Aus der ersten Ist-Geschwindigkeit kann insbesondere die Soll-Geschwindigkeit des mindestens einen Rades bestimmt werden. Insbesondere ist die Soll-Geschwindigkeit des mindestens einen Rades die unter Berücksichtigung der ersten Ist-Geschwindigkeit anzunehmende Drehzahl des Rades bzw. korreliert dazu.
Die Soll-Geschwindigkeit entspricht insbesondere dann der zweiten Ist- Geschwindigkeit des Rades, wenn kein Schlupf zwischen Rad und Untergrund vorliegen würde.
Gerade bei Achsen mit mehreren Rädern sind bei der Bestimmung der Soll-Geschwindigkeit Parameter zu berücksichtigen, z. B. die Geometrie des Kraftfahrzeuges (also z. B. der Abstand der Räder von einer Längsachse des Kraftfahrzeuges, ein Lenkwinkel der Räder gegenüber einer Geradeausstellung, etc.). Die Parameter sollen insbesondere sicherstellen, dass ein zu ermittelnder Ist-Schlupf mit hoher Genauigkeit bestimmt werden kann. Faktoren, die zu einer Abweichung z. B. zwischen erster Ist- Geschwindigkeit und zweiter Ist-Geschwindigkeit führen würden, auch wenn kein Schlupf vorliegt, sollen damit identifiziert und berücksichtigt sowie ggf. kompensiert werden. Ein solcher Faktor könnte z. B. bei einem vierrädrigen, zwei-achsigen Kraftfahrzeug eine Kurvenfahrt darstellen, da dadurch das kurvenäußere Rad einen längeren Weg zurückzulegen hätte.
Insbesondere kann aus der Abweichung der Soll-Geschwindigkeit gegenüber der zweiten Ist-Geschwindigkeit ein Ist-Schlupf des mindestens einen Rades bestimmt bzw. berechnet werden. Der Ist-Schlupf bezeichnet das Durchdrehen des Rades gegenüber dem Untergrund, den das Rad kontaktiert. Der Ist-Schlupf ist die Differenz zwischen zweiter Ist-Geschwindigkeit und Soll-Geschwindigkeit des Rades, also eine Geschwindigkeit oder eine dazu korrelierende Drehzahl.
Der definierte erste Grenzschlupf ist ein Wert für einen Schlupf des Rades, der gerade noch als zulässig angesehen wird. Bei Überschreiten des ersten Grenzschlupfes wird insbesondere Schritt e) des Verfahrens eingeleitet und die Antriebseinheit wird hinsichtlich des von ihr bereitgestellten Antriebsdrehmoments geregelt. Der erste Grenzschlupf kann in Abhängigkeit von Betriebspunkten der Antriebseinheit oder von Betriebspunkten des Kraftfahrzeuges definiert werden. Insbesondere kann der erste Grenzschlupf bestimmte Werte für bestimmte erste Ist-Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeuges aufweisen. Insbesondere kann der erste Grenzschlupf in Abhängigkeit von Fahrzuständen (Kurvenfahrten, Anfahren, Beschleunigen, Abbremsen, Driften, etc.), Reibwerten zwischen Rad und Untergrund und/oder vom Fahrer auswählbaren Fahrmodi (Gelände, Straße, Eco, Comfort, Sport, etc.) definiert sein.
Insbesondere ist der erste Grenzschlupf größer als ein geringer erster Schlupf, der noch als zulässig angesehen wird. Insbesondere ist der erste Grenzschlupf kleiner als ein großer zweiter Schlupf, der möglichst zu keinem Zeitpunkt überschritten werden sollte.
Insbesondere wird Schritt e) nur dann durchgeführt, wenn die Überschreitung des großen zweiten Schlupfes zu erwarten ist. Sollte eine Überschreitung nicht zu erwarten sein, muss das Antriebsdrehmoment der Antriebseinheit insbesondere nicht kontrolliert bzw. geregelt und beschränkt werden oder ggf. nur im Rahmen einer „sanften“ Regelung.
Insbesondere wird durch Schritt e) erreicht, dass der große zweite Schlupf zu keinem Zeitpunkt überschritten wird. Insbesondere wird durch Durchführung des Schrittes e) die Antriebseinheit derart geregelt, dass ein von einem Nutzer (z. B. Fahrer, Tempomat, Einrichtung zum autonomen Fahren) des Kraftfahrzeuges angefordertes Antriebsdrehmoment nicht bereitgestellt wird. Die Antriebseinheit soll infolge von Schritt e) insbesondere so geregelt werden, dass einerseits die Anforderung des Nutzers berücksichtigt wird, dass das Antriebsdrehmoment also insbesondere hin zu dem gewünschten Antriebsdrehmoment hingeregelt wird, wobei andererseits allerdings ein Schlupf nur unterhalb des großen zweiten Schlupfes zugelassen wird.
Das Verfahren soll insbesondere ermöglichen, eine Antriebseinheit, die die zumindest eine Achse bzw. das mindestens eine Rad antreibt, so zu regeln, dass das mindestens eine Rad sehr wenig (oder kontrolliert) gegenüber dem Untergrund durchdreht. Hierfür wird insbesondere die erste Ist-Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges bestimmt, unter derer Berücksichtigung der erste Grenzschlupf definiert wird.
Weiter kann die zweite Ist-Geschwindigkeit und eine erste Beschleunigung des mindestens einen Rades ermittelt werden.
Insbesondere kann z. B. bei schnell gefahrenen engen Kurven und bei einer Achslastverteilung an der Achse, nur das kurvenäußere Rad der betrachteten Achse zur Bestimmung der zweiten Ist-Geschwindigkeit berücksichtigt werden. Die Soll-Geschwindigkeit des Rades kann anhand der Parameter, also z. B. der Geometrie des Kraftfahrzeuges und des Lenkradwinkels berechnet werden.
Bei der Bestimmung und/oder Berechnung der ersten Ist-Geschwindigkeit, der zweiten Ist-Geschwindigkeit, der Sollgeschwindigkeit, der ersten Beschleunigung, einer zweiten Beschleunigung des Kraftfahrzeuges, etc. kann eine geeignete Filterung der genannten Größen verwendet werden.
Sobald das mindestens eine Rad und/oder die Achse durchdreht bzw. einen bestimmten Schlupf erreicht (Ist-Schlupf ist größer als der erste Grenzschlupf), wird das Steuergerät aktiv und generiert ein Grenzdrehmoment.
Insbesondere wird dabei zunächst ein Grenzdrehmoment von dem Steuergerät generiert, das unter Berücksichtigung der ersten Beschleunigung und des aktuell vorliegenden Antriebsdrehmoments definiert wurde. Dieses zunächst festgelegte Grenzdrehmoment kann insbesondere im Rahmen definierter Änderungsraten erhöht oder gesenkt werden, wobei der Betriebszustand des Rades bzw. der Achse berücksichtigt wird.
Dieser Zustand ist definiert durch die erste Beschleunigung und den Ist- Schlupf des Rades bzw. der Achse.
Sobald das von einem Nutzer des Kraftfahrzeuges angeforderte Antriebsdrehmoment unter das Grenzdrehmoment fällt, kann die Durchführung von Schritt e) wieder beendet werden.
Die Änderungsraten zur Änderung des Grenzdrehmoments sollten insbesondere unter Berücksichtigung des vorliegenden Antriebsstrangs definiert werden und sollten insbesondere so gewählt werden, dass sie den bestmöglichen Komfort für den Nutzer des Kraftfahrzeuges bei gleichzeitig ausreichender Begrenzung des Schlupfes ermöglichen. Der Schlupf sollte also möglichst schnell in die zulässigen Grenzen zurückgeführt bzw. dort gehalten werden (also geringer sein als der große zweite Schlupf). Andererseits sollten abrupte Veränderungen des Drehmoments möglichst unterbleiben.
Das Verfahren kann insbesondere sowohl für eine Beschleunigung mit positivem Vorzeichen (also hin zu höheren Geschwindigkeiten) als auch mit negativem Vorzeichen (also hin zu geringeren Geschwindigkeiten, z. B. bei Rekuperation) durchgeführt werden.
Auch bei einer Rekuperation kann ein so hohes negatives Drehmoment auf die Achse bzw. das mindestens eine Rad einwirken, dass ein Schlupf entsteht. Das mindestens eine Rad kann dabei so stark abgebremst werden, dass die Haftung zum Untergrund verloren geht. Auch für diesen Fall kann das vorgeschlagene Verfahren angewendet werden.
Insbesondere wird der erste Grenzschlupf in Abhängigkeit von der ersten Ist-Geschwindigkeit bestimmt. Der erste Grenzschlupf weist also insbesondere für unterschiedliche erste Ist-Geschwindigkeiten unterschiedliche Werte auf. Insbesondere ist der Wert für den erste Grenzschlupf bei höheren ersten Ist-Geschwindigkeiten höher als bei niedrigen ersten Ist-Geschwindigkeiten.
Insbesondere wird, wenn ein definierter zweiter Grenzschlupf unterschritten wird, die Generierung eines Grenzdrehmoments gemäß Schritt e) beendet. Insbesondere kann dann das vom Nutzer des Kraftfahrzeugs angeforderte Drehmoment von der Antriebseinheit erzeugt und auf das mindestens eine Rad bzw. die mindestens eine Achse übertragen werden.
Der zweite Grenzschlupf kann gleich groß sein wie der erste Grenzschlupf. Insbesondere ist der zweite Grenzschlupf geringer als der erste Grenzschlupf. Der zweite Grenzschlupf kann auch null (abgesehen von dem eingangs erwähnten Schlupf, der durch die Verformung der Reifen verursacht wird) betragen, d. h. ein Durchdrehen des Rades gegenüber dem Untergrund liegt dann nicht vor.
Insbesondere wird eine erste Beschleunigung des mindestens einen Rades ermittelt, wobei das Grenzdrehmoment unter Berücksichtigung der ersten Beschleunigung und des Antriebsdrehmoments mit einer Änderungsrate verändert wird. Die erste Beschleunigung kann z. B. aus Kennwerten der Antriebseinheit von dem Steuergerät berechnet oder aus Sensorsignalen ermittelt oder abgeleitet werden. Insbesondere kann aus der Veränderung einer Drehzahl der Achse oder des Rades auf die erste Beschleunigung geschlossen werden.
Die Änderungsrate bezeichnet insbesondere die Geschwindigkeit, mit der ein Wert für das Grenzdrehmoment verändert wird. Die Änderungsrate kann z. B. in Newtonmeter pro Sekunde ausgedrückt werden.
Insbesondere wird die Änderungsrate in Abhängigkeit von dem Ist-Schlupf und einem Vorzeichen der ersten Beschleunigung (also Abbremsen oder Beschleunigen des Rades) bestimmt.
Insbesondere ist die Änderungsrate in Abhängigkeit von diesen Kennwerten (Ist-Schlupf, Vorzeichen der ersten Beschleunigung) unterschiedlich.
Insbesondere weist die Änderungsrate für einen hohen Ist-Schlupf größere Werte auf und für einen geringeren Ist-Schlupf geringere Werte. Die Änderungsrate kann im Hinblick auf das Vorzeichen der ersten Beschleunigung für den jeweiligen Ist-Schlupf gleiche Beträge (aber unterschiedliche Vorzeichen) aufweisen.
Die Änderungsrate kann für bestimmte Bereiche von Werten des Ist- Schlupfes konstante Werte aufweisen. Die Änderungsrate kann daher in Stufen veränderlich sein.
Insbesondere kann durch unterschiedliche Änderungsraten realisiert werden, dass der Schlupf einerseits möglichst schnell in die zulässigen Grenzen zurückgeführt bzw. dort gehalten werden kann. Andererseits können abrupte Veränderungen des Drehmoments weitgehend (also bei geringeren Werten des Schlupfes) unterbleiben.
Insbesondere umfasst die Antriebseinheit zumindest eine elektrische Maschine. Das beschriebene Verfahren ist insbesondere für derartige Antriebseinheiten geeignet. Bei elektrischen Maschinen kann das erzeugte Antriebsdrehmoment sehr schnell verändert werden, so dass im kompletten Drehzahlbereich leicht ein Schlupf entstehen kann. Das vorliegende Verfahren soll gerade in Antriebssträngen, in denen elektrische Maschinen zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmoments genutzt werden, eingesetzt werden.
Die Antriebseinheit ist insbesondere direkt mit der Achse verbunden. Insbesondere ist keine, einen Schlupf (in der notwendigen Geschwindigkeit) regelnde Kupplung zwischen der Antriebseinheit und der Achse angeordnet. Die Anordnung einer solchen Kupplung an dieser Stelle ist aber möglich. Insbesondere ist auch keine (derartige) Kupplung an der Achse, also zwischen Antriebseinheit und dem mindestens einen Rad angeordnet. Die Anordnung einer solchen Kupplung an dieser Stelle ist aber (ebenfalls) möglich.
Insbesondere ist die Antriebseinheit über ein Getriebe mit der Achse verbunden. Insbesondere ist zwischen dem Getriebe und der Antriebseinheit eine Kupplung angeordnet. Insbesondere ist auch diese Kupplung nicht geeignet, den Schlupf der Achse bzw. des mindestens einen Rades in der erforderlichen Geschwindigkeit zu regeln. Insbesondere weist die Achse zumindest zwei Räder auf, wobei bei einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeuges und bei einer positiven zweiten Beschleunigung des Kraftfahrzeuges die Ist-Geschwindigkeit des kurvenäußeren Rades als zweite Ist-Geschwindigkeit ermittelt wird. Insbesondere sollte beim Rekuperieren oder einem möglichen Untersteuer-Eingriff das andere Rad betrachtet werden.
Insbesondere ist eine Haftung bzw. ein kontrollierter Schlupf des kurvenäußeren Rades der angetriebenen Achse für den stabilen Betrieb bzw. für eine kontrollierbare Fahrt des Kraftfahrzeugs erforderlich und wird daher hier besonders berücksichtigt. Allerdings kann auch ein Schlupf des kurveninneren Rades nicht gewünscht sein und daher berücksichtigt werden.
Insbesondere weist die Achse zumindest zwei Räder auf, wobei bei einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeuges und bei einer negativen zweiten Beschleunigung (z. B. Rekuperation) des Kraftfahrzeuges zumindest die Ist- Geschwindigkeit des kurveninneren Rades als zweite Ist-Geschwindigkeit ermittelt wird. Insbesondere werden für die Ermittlung der zweiten Ist-Geschwindigkeit mehrere Räder berücksichtigt, so dass ein Ist-Schlupf an mehreren oder sogar an allen Rädern der angetriebenen Achse(-n) überwacht werden kann. Insbesondere werden als Parameter zumindest eine Geometrie des Kraftfahrzeuges und ein Lenkwinkel der Räder berücksichtigt. Es wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.
Es wird weiter ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, zumindest umfassend • eine Achse mit mindestens einem Rad sowie
• eine Antriebseinheit zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmoments für die Achse und für das mindestens eine Rad sowie
• ein Steuergerät zur Regelung der Antriebseinheit.
Das Steuergerät ist zur Durchführung des Verfahrens geeignet ausgeführt bzw. eingerichtet.
Es wird weiter ein Steuergerät vorgeschlagen, dass zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ausgestattet, konfiguriert oder programmiert ist.
Weiter kann das Verfahren auch von einem Computer bzw. mit einem Prozessor einer Steuereinheit ausgeführt werden.
Es wird demnach auch ein System zur Datenverarbeitung vorgeschlagen, das einen Prozessor umfasst, der so angepasst/konfiguriert ist, dass er das Verfahren bzw. einen Teil der Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens durchführt.
Es kann ein computerlesbares Speichermedium vorgesehen sein, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung durch einen Computer/Prozessor diesen veranlassen, das Verfahren bzw. mindestens einen Teil der Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens auszuführen.
Die Ausführungen zu dem Verfahren sind insbesondere auf das Kraftfahrzeug oder das computerimplementierte Verfahren (also den Computer bzw. den Prozessor, das System zur Datenverarbeitung, das computerlesbare Speichermedium) übertragbar und umgekehrt. Die Verwendung unbestimmter Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und der diese wiedergebenden Beschreibung, ist als solche und nicht als Zahlwort zu verstehen. Entsprechend damit eingeführte Begriffe bzw. Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und insbesondere aber auch mehrfach vorhanden sein können.
Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen o- der Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben o- der es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach Vorkommen kann („mindestens ein“), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen: Fig. 1 : ein erstes Diagramm, in dem Verläufe von Geschwindigkeit und Schlupf über der Zeit dargestellt sind;
Fig. 2: ein zweites Diagramm, in dem Verläufe von Drehmomenten über der Zeit dargestellt sind;
Fig. 3: ein Ablaufdiagramm für das Verfahren;
Fig. 4: ein Diagramm, das unterschiedliche Änderungsraten in Ab- hängigkeit von Schlupf und Beschleunigung darstellt; und
Fig. 5: ein Kraftfahrzeug.
Die Fig. 1 zeigt ein erstes Diagramm, in dem Verläufe von Geschwindig- keit 7, 8, 9 und Schlupf 10, 11 , 17, 18, 19 über der Zeit 20 dargestellt sind. Die Fig. 2 zeigt ein zweites Diagramm, in dem Verläufe von Drehmomenten 5, 12, 21 über der Zeit 20 dargestellt sind. Die Fig. 1 und 2 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. In dem ersten Diagramm sind auf der vertikalen Achse die Geschwindigkeiten 7, 8, 9 und die jeweiligen Schlupfe 10, 11 , 17, 18, 19 aufgetragen. Auf der horizontalen Achse ist die Zeit 20 dargestellt.
In dem zweiten Diagramm sind auf der vertikalen Achse die Drehmomente 5, 12, 21 aufgetragen. Auf der horizontalen Achse ist die Zeit 20 aufgetragen. Das erste Diagramm und das zweite Diagramm korrelieren miteinander, d. h. die jeweiligen Verläufe sind abhängig voneinander und sind über den gleichen Zeitmaßstab aufgetragen.
Gemäß Fig. 1 ist erkennbar, dass das Kraftfahrzeug 2 im Betrieb ist und eine erste Ist-Geschwindigkeit 7 gegenüber dem Untergrund aufweist. Die Soll-Geschwindigkeit 9 des Rades 3 bzw. der Achse 1 entspricht der ersten Ist-Geschwindigkeit 7. Für die Soll-Geschwindigkeit 9 wird angenommen, dass dabei kein Schlupf vorliegt (abgesehen von dem eingangs erwähnten Schlupf, der durch die Verformung der Reifen verursacht wird). Weiter ist ein Verlauf der zweiten Ist-Geschwindigkeit 8 der Achse 1 dargestellt. Es ist erkennbar, dass der Verlauf der zweiten Ist-Geschwindigkeit 8 sich deutlich von der Soll-Geschwindigkeit 7 unterscheidet. In den meisten hier dargestellten Betriebszuständen liegt also ein Ist-Schlupf 10 vor, der ebenfalls durch den Verlauf der zweiten Ist-Geschwindigkeit 8 dargestellt ist. Des Weiteren ist ein geringer erster Schlupf 17, ein hoher zweiter Schlupf 18 sowie ein erster Grenzschlupf 11 und ein zweiter Grenzschlupf 19 dargestellt. Der zweite Grenzschlupf 19 entspricht dem ersten Schlupf 17. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren wird insbesondere versucht, im normalen Betrieb des Kraftfahrzeuges den Ist-Schlupf 10 auf höchstens den ersten Grenzschlupf 11 einzustellen.
Gemäß Fig. 2 ist erkennbar, dass ein von der Antriebseinheit 4 bereitgestelltes Antriebsdrehmoment 5 in bestimmten Betriebspunkten auf das durch das Verfahren generierte Grenzdrehmoment 12 beschränkt wird. Dabei wird ein von einem Nutzer des Kraftfahrzeuges 2 angefordertes Antriebsdrehmoment 21 , das höher ist als das Grenzdrehmoment 12 ignoriert und in der Antriebseinheit 4 gerade nicht erzeugt. Aus Fig. 1 ist erkennbar, dass in diesen Betriebspunkten der erste Grenzschlupf 11 überschritten und der zweite Grenzschlupf 19 noch nicht wieder unterschritten wurde.
In anderen Betriebspunkten ist ein Grenzdrehmoment 12, dass das angeforderte Antriebsdrehmoment 21 begrenzen könnte, nicht generiert worden. Hier wurde der erste Grenzschlupf 11 bisher nicht überschritten oder nach dessen Überschreitung der zweite Grenzschlupf 19 wieder unterschritten.
In Fig. 2 ist das Grenzdrehmoment 12 in Betriebspunkten, in denen durch das Verfahren kein Grenzdrehmoment 12 generiert wurde, mit einem konstant hohen Wert dargestellt, d. h. in diesen Betriebspunkten ist das Grenzdrehmoment immer höher als ein von der Antriebseinheit 4 bereitstellbares Antriebsdrehmoment 5.
Durch das Verfahren wird verhindert bzw. versucht zu verhindern, dass ein hoher zweiter Schlupf 18 erreicht oder überschritten wird. Dafür wird ein Grenzdrehmoment 12 generiert, dass in bestimmten Betriebspunkten maximal von der Antriebseinheit 4 bereitgestellt werden darf. Falls ein hoher zweiter Schlupf 18 dennoch überschritten werden sollte, kann das von der Antriebseinheit 4 bereitgestellte Drehmoment allerdings noch restriktiver reduziert werden.
In Fig. 3 ist ein Ablaufdiagramm für das Verfahren dargestellt. Auf die Ausführungen zu Fig. 1 und 2 wird verwiesen.
Das Verfahren wird im Betrieb des Kraftfahrzeuges 2 durchgeführt. Nach dem Start 22 des Verfahrens (z. B. nach Aufnahme des Betriebs des Kraftfahrzeuges 2) erfolgt in dem ersten Feld 23 gemäß Schritt a) ein Ermitteln einer ersten Ist-Geschwindigkeit 7 des Kraftfahrzeugs 2. Gemäß Schritt b) erfolgt in dem ersten Feld 23 ein Ermitteln einer zweiten Ist-Geschwindigkeit 8 des mindestens einen Rades 3 bzw. der Achse 1. Gemäß Schritt c) erfolgt in dem ersten Feld 23 ein Berechnen einer Soll-Geschwindigkeit 9 des mindestens einen Rades 3 für die ermittelte erste Ist- Geschwindigkeit 7 unter Berücksichtigung von Parametern.
Gemäß Schritt d) erfolgt in dem ersten Feld 23 auch ein Bestimmen eines Ist-Schlupfes 10 des mindestens einen Rades 3 gegenüber einem Untergrund, auf dem das Kraftfahrzeug 2 bewegt wird.
Nach dem ersten Feld 23 wird im Rahmen des Verfahrens in einer ersten Entscheidung 28 geprüft, ob ein Grenzdrehmoment 12 generiert wurde und bereits vorliegt und ob dieses Grenzdrehmoment 12 kleiner ist als ein von einem Nutzer angefordertes Antriebsdrehmoment 21 .
Falls ein Grenzdrehmoment 12 vorliegt und dabei kleiner ist als ein von einem Nutzer angefordertes Antriebsdrehmoment 21 , wird gemäß dem zweiten Feld 24 ein Grenzdrehmoment 12 in Abhängigkeit von der ersten Beschleunigung 13 und des Ist-Schlupfes 10 des Rades 3 bzw. der Achse 1 und dem aktuell vorliegenden Antriebsdrehmoment 5 definiert und generiert.
Falls noch kein Grenzdrehmoment 12 vorliegt oder das vorliegende Grenzdrehmoment 12 nicht überschritten wurde, wird im Rahmen einer zweiten Entscheidung 29 geprüft, ob ein Ist-Schlupf 10 vorliegt, der höher als der erste Grenzschlupf 11 ist. Ist das der Fall wird in dem dritten Feld 25 ein Grenzdrehmoment 12 generiert. Ist dies nicht der Fall, wird in dem vierten Feld 26 das Grenzdrehmoment 12 auf einen Wert festgelegt, der höher ist als ein von der Antriebseinheit 4 bereitstellbares Antriebsdreh- moment 5.
In dem fünften Feld 27 wird das Antriebsdrehmoment 5 der Antriebseinheit 4 festgelegt, dass erzeugt und auf die Achse 1 bzw. das mindestens eine
Rad 3 übertragen werden kann. Entweder ist es ein durch das Grenzdrehmoment 12 beschränktes Antriebsdrehmoment 5 oder ein unbeschränktes Antriebsdrehmoment 5, dass dann dem durch den Nutzer angeforderten Antriebsdrehmoment 21 entspricht.
In dem zweiten Feld 24 und dem dritten Feld 25 kann das zunächst festgelegte Grenzdrehmoment 12 im Rahmen definierter Änderungsraten 14 erhöht oder gesenkt werden, wobei der Betriebszustand des Rades 3 bzw. der Achse 1 berücksichtigt wird. Dieser Betriebszustand ist definiert durch die erste Beschleunigung 13 und den Ist-Schlupf 10 des Rades 3 bzw. der Achse 1.
Schritt e) wird nur dann durchgeführt, wenn die Überschreitung des großen zweiten Schlupfes 18 zu erwarten ist bzw. wenn der erste Grenz- schlupf 11 überschritten wird (zweite Entscheidung 29 und hin zu dem dritten Feld 25). Sollte eine Überschreitung nicht zu erwarten sein, muss das Antriebsdrehmoment 5 der Antriebseinheit 4 nicht kontrolliert bzw. geregelt und beschränkt werden. In diesem Fall verläuft das Verfahren ausgehend von der zweiten Entscheidung 29 hin zu dem vierten Feld 26. In dem vierten Feld 26 wird festgelegt, dass das Grenzdrehmoment 12 auf einen Wert festgelegt ist, der höher ist als ein von der Antriebseinheit 4 bereitstellbares Antriebsdrehmoment 5. Fig. 4 zeigt ein Diagramm, das unterschiedliche Änderungsraten 14 in Abhängigkeit von Schlupf 11, 17, 18, 19 und erster Beschleunigung 13 des Rades 3 darstellt. Auf die Ausführungen zu den Fig. 1 bis 3 wird verwiesen.
Auf der vertikalen Achse ist der Schlupf 11, 17, 18, 19 aufgetragen. Auf der horizontalen Achse ist die erste Beschleunigung 13 aufgetragen. Dabei liegen links von der Null negative Werte der ersten Beschleunigung 13 und rechts von der Null positive Werte der ersten Beschleunigung 13 vor.
Das bei Vorliegen eines bestimmten Ist-Schlupfes 10 generierte Grenzdrehmoment 12 kann im Rahmen definierter Änderungsraten 14 erhöht o- der gesenkt werden, wobei der Betriebszustand des Rades 3 bzw. der Achse 1 berücksichtigt wird.
Eine erste Beschleunigung 13 des mindestens einen Rades 3 wird ermittelt, wobei das Grenzdrehmoment 12 unter Berücksichtigung der ersten Beschleunigung 13 und des Antriebsdrehmoments 5 mit einer bestimmten Änderungsrate 14 verändert wird.
Dieser Betriebszustand ist definiert durch die erste Beschleunigung 13 und den Ist-Schlupf 10 des Rades 3 bzw. der Achse 1.
Die Änderungsraten 14 zur Änderung des Grenzdrehmoments 12 werden so gewählt, dass sie den bestmöglichen Komfort für den Nutzer des Kraftfahrzeuges 2 bei gleichzeitig ausreichender Begrenzung des Ist-Schlupfes 10 ermöglichen. Der Ist-Schlupf 10 sollte also möglichst schnell in die zulässigen Grenzen zurückgeführt bzw. dort gehalten werden (also geringer sein als der große zweite Schlupf 18). Andererseits sollten abrupte Veränderungen des Antriebdrehmoments 5 möglichst unterbleiben.
Das Verfahren kann sowohl für eine erste Beschleunigung 13 mit positivem Vorzeichen (also hin zu höheren Geschwindigkeiten) also auch mit negativem Vorzeichen (also hin zu geringeren Geschwindigkeiten, z. B. bei Rekuperation) durchgeführt werden.
Auch bei einer Rekuperation kann ein so hohes negatives Drehmoment auf die Achse 1 bzw. das mindestens eine Rad 3 einwirken, dass ein Ist- Schlupf 10 entsteht. Das mindestens eine Rad 3 kann dabei so stark abgebremst werden, dass die Haftung zum Untergrund verloren geht. Auch für diesen Fall kann das vorgeschlagene Verfahren angewendet werden.
Die Änderungsrate 14 bezeichnet die Geschwindigkeit, mit der ein Wert für das Grenzdrehmoment 12 verändert wird. Die Änderungsrate 14 kann z. B. in Newtonmeter pro Sekunde ausgedrückt werden.
Die Änderungsrate 14 wird in Abhängigkeit von dem Ist-Schlupf 10 und einem Vorzeichen der ersten Beschleunigung 13 (also Abbremsen oder Beschleunigen des Rades 3) bestimmt.
Aus Fig. 4 ist erkennbar, dass die Änderungsrate 14 in Abhängigkeit von diesen Kennwerten (Ist-Schlupf 10, Vorzeichen der ersten Beschleunigung 13) unterschiedlich ist. Dafür sind hier unterschiedliche Bereiche 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36 vorgesehen, wobei in jedem der Bereiche jeweils ein eigener konstanter Werte für die Änderungsrate 14 vorliegt. Insbesondere weist die Änderungsrate 14 für einen hohen Ist-Schlupf 10 größere Werte auf (z. B. erster Bereich 30 und zweiter Bereich 31 bei erstem Schlupfbereich 37) und für einen geringeren Ist-Schlupf 10 geringere Werte (z. B. fünfter Bereich 34 und sechster Bereich 35 bei drittem Schlupfbereich 39). Die Änderungsrate 14 weist bei sehr geringem Ist- Schlupf 10 für beide Vorzeichen der ersten Beschleunigung 13 gleiche Beträge auf (siebter Bereich 36 bei viertem Schlupfbereich 40). Zwischen den Bereichen 30, 31 und den Bereichen 34, 35 sind der dritte Bereich 32 und der vierte Bereich 33 angeordnet (bei mittlerem Ist-Schlupf 10, also bei zweitem Schlupfbereich 38).
Die Änderungsrate 14 weist also in den bestimmten Bereichen 30, 31 , 32, 33, 34, 35, 36 konstante Werte auf. Die Änderungsrate 14 ist also in Stufen veränderlich.
Fig. 5 zeigt ein Kraftfahrzeug 2. Das Kraftfahrzeug 2 umfasst eine angetriebene Achse 1 mit zwei Rädern 3, eine nicht-angetriebene Achse 1 mit zwei Rädern 3 sowie eine Antriebseinheit 4 zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmoments 5 für die angetriebene Achse 1 und für die Räder 3. Weiter umfasst das Kraftfahrzeug 2 ein Steuergerät 6 zur Regelung der Antriebseinheit 4. Das Steuergerät 6 ist zur Durchführung des Verfahrens geeignet ausgeführt.
Die Antriebseinheit 4 ist direkt mit der Achse 1 verbunden. Die Achse 1 weist zwei Räder 3 auf, wobei bei einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeuges 3 und bei einer positiven zweiten Beschleunigung 15 des Kraftfahrzeuges 2 die Ist-Geschwindigkeit des kurvenäußeren Rades 3 als zweite Ist-Geschwindigkeit 8 ermittelt wird. Als Parameter werden eine Geometrie des Kraftfahrzeuges 2 (hier z. B. der Abstand der Räder 3 einer Achse 1 zueinander) und ein Lenkwinkel 16 der Räder 3 berücksichtigt.
Bezugszeichenliste
1 Achse
2 Kraftfahrzeug
3 Rad
4 Antriebseinheit
5 Antriebsdrehmoment
6 Steuergerät
7 erste Ist-Geschwindigkeit
8 zweite Ist-Geschwindigkeit
9 Soll-Geschwindigkeit
10 Ist-Schlupf
11 erster Grenzschlupf
12 Grenzdrehmoment
13 erste Beschleunigung
14 Änderungsrate
15 zweite Beschleunigung
16 Lenkwinkel
17 erster Schlupf
18 zweiter Schlupf
19 zweiter Grenzschlupf
20 Zeit
21 angefordertes Antriebsdrehmoment
22 Start
23 erstes Feld
24 zweites Feld
25 drittes Feld
26 viertes Feld
27 fünftes Feld erste Entscheidung zweite Entscheidung erster Bereich zweiter Bereich dritter Bereich vierter Bereich fünfter Bereich sechster Bereich siebter Bereich erster Schlupfbereich zweiter Schlupfbereich dritter Schlupfbereich vierter Schlupfbereich

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Regelung zumindest einer angetriebenen Achse (1 ) eines Kraftfahrzeugs (2), wobei das Kraftfahrzeug (2) zumindest eine Achse (1) mit mindestens einem Rad (3) sowie zumindest eine Antriebseinheit (4) zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmoments (5) für die zumindest eine Achse (1) und für das mindestens eine Rad (3) sowie ein Steuergerät (6) zur Regelung der Antriebseinheit (4) aufweist; wobei das Verfahren im Betrieb des Kraftfahrzeuges (2) durchgeführt wird und zumindest die folgenden Schritte umfasst: a) Ermitteln einer ersten Ist-Geschwindigkeit (7) des Kraftfahrzeugs (2); b) Ermitteln einer zweiten Ist-Geschwindigkeit (8) des mindestens einen Rades (3); c) Berechnen einer Soll-Geschwindigkeit (9) des mindestens einen Rades (3) für die ermittelte erste Ist-Geschwindigkeit (7) unter Berücksichtigung von Parametern; d) Bestimmen eines Ist-Schlupfes (10) des mindestens einen Rades (3) gegenüber einem Untergrund, auf dem das Kraftfahrzeug (2) bewegt wird; wobei, wenn der Ist-Schlupf (10) einen definierten ersten Grenzschlupf (11) übersteigt, gemäß Schritt e) das Steuergerät (6) ein Grenzdrehmoment (11 ) generiert, durch das das von der Antriebseinheit (4) erzeugtes Antriebsdrehmoment (5) angepasst wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1 , wobei der erste Grenzschlupf (11 ) in Abhängigkeit von der ersten Ist-Geschwindigkeit (7) bestimmt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei, wenn ein definierter zweiter Grenzschlupf (19) unterschritten wird, die Generierung eines Grenzdrehmoments (12) beendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei eine erste Beschleunigung (13) des mindestens einen Rades (3) ermittelt wird; wobei das Grenzdrehmoment (12) unter Berücksichtigung der ersten Beschleunigung (13) und des Antriebsdrehmoments (5) mit einer Änderungsrate (14) verändert wird.
5. Verfahren nach Patentanspruch 4, wobei die Änderungsrate (14) in Abhängigkeit von dem Ist-Schlupf (10) und einem Vorzeichen der ersten Beschleunigung (13) bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Antriebseinheit (4) zumindest eine elektrische Maschine umfasst.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Achse (1) zumindest zwei Räder (3) aufweist, wobei bei einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeuges (2) und bei einer positiven zweiten
Beschleunigung (15) des Kraftfahrzeuges (2) die Ist-Geschwindigkeit des kurvenäußeren Rades (3) als zweite Ist-Geschwindigkeit (8) ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Achse (1) zumindest zwei Räder (3) aufweist, wobei bei einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeuges (2) und bei einer negativen zweiten Beschleunigung (15) des Kraftfahrzeuges (2) zumindest die Ist- Geschwindigkeit des kurveninneren Rades (3) als zweite Ist-Geschwindigkeit (8) ermittelt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei als Parameter zumindest eine Geometrie des Kraftfahrzeuges (2) und ein Lenkwinkel (16) der Räder (3) berücksichtigt werden.
10. Kraftfahrzeug (2), zumindest umfassend eine Achse (1) mit mindestens einem Rad (3) sowie eine Antriebseinheit (4) zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmoments (5) für die Achse (1 ) und für das mindestens eine Rad (3) sowie ein Steuergerät (6) zur Regelung der Antriebseinheit (4); wobei das Steuergerät (6) zur Durchführung des Verfahrens geeignet ausgeführt ist.
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