WO2021115580A1

WO2021115580A1 - Verfahren zur regelung einer angetriebenen achse eines kraftfahrzeugs und kraftfahrzeug

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Publication number: WO2021115580A1
Application number: PCT/EP2019/084569
Authority: WO
Inventors: Gerd Kaiser; Enrique Cordero; Volker-René RUITERS; Marius OFFENBERG; Rudolf FITZ
Original assignee: GKN Automotive Ltd
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2021-06-17
Anticipated expiration: 2022-06-11
Also published as: US12077172B2; EP4072889A1; JP2023505897A; CN115151438A; US20230021794A1

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.