DE102010036859A1

DE102010036859A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung einer Drehmomentenverteilung einer Allradkupplung für ein zumindest wahlweise vierradangetriebenes Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102010036859A1
Application number: DE102010036859A
Authority: DE
Inventors: Adam Kobielski; Marc Wörsching
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2010-08-05
Filing date: 2010-08-05
Publication date: 2012-02-09
Also published as: JP2012035835A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung einer Drehmomentenverteilung einer Allradkupplung (2) für ein zumindest wahlweise vierradangetriebenes Kraftfahrzeug (1), welches einen kupplungsgesteuerten Allradantrieb mit einer ersten und einer zweiten Achse aufweist, wobei eine änderbare Einstellung der Allradkupplung (2) die gewünschte Drehmomentenverteilung auf die erste (12) und zweite Achse (22) vorgibt, wobei anhand einer Messdatenreihe eines Reifenschlupfes eines jeden Rades der ersten Achse (12) und der zweiten Achse (22) des Kraftfahrzeuges (1) und anhand mindestens eines Kennlinienfeldes des Reifenschlupfes der Räder in Abhängigkeit einer auf ein jeweiliges Rad wirkenden Längskraft eine tatsächliche Drehmomentenverteilung der Allradkupplung (2) auf die erste und zweite Achse über die Längskräfte der Räder ermittelt wird, wobei durch einen Vergleich der ermittelten tatsächlichen Drehmomentenverteilung der Allradkupplung (2) mit einer gewünschten Drehmomentenverteilung der Allradkupplung (2) eine Regeldifferenz gebildet wird, welche einem Regelkreis zur Regelung der Drehmomentenverteilung der Allradkupplung (2) zugeführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung einer Drehmomentenverteilung einer Allradkupplung für ein zumindest wahlweise vierradangetriebenes Kraftfahrzeug.
Allradantriebsstränge mit variabler Drehmomentverteilung zwischen mehreren Achsen, insbesondere kupplungsgesteuerte Allradantriebe, sogenannte Hang-On Systeme, mit variabel steuerbaren und regelbaren Drehmomentsverteilungen auf die Antriebsachsen werden durch Verwendung einer Längskupplung ermöglicht. Dabei ist das möglichst genaue Einstellen von gewünschten Sollmomenten an dieser Längskupplung notwendig, um die geforderte Fahrdynamik sicher zu stellen. Die Überprüfung der Stellgenauigkeit von Längskupplungen oder ähnlichen Allradsystemen ist ohne den Einbau von Messtechnik in Form von Kraft- und Drehmomentsensoren in das jeweilige Allradsystem nicht möglich. Zur Vermeidung von Aufwand wird im Allgemeinen auf diese Messtechnik in Serienfahrzeugen verzichtet.
Die Druckschrift DE 103 46 671 A1 beschreibt ein Steuersystem für ein zumindest zeitweise vierradgetriebenes Kraftfahrzeug mit einer Steuereinheit, mittels der das Antriebsmoment einer Antriebseinheit auf primäre Antriebsräder, die permanent mit der Antriebseinheit verbunden sind, und auf sekundäre Antriebsräder, die bedarfsweise mit der Antriebseinheit verbindbar sind, variabel verteilbar ist. Zur Verteilung des Antriebsmoments wird ein Kupplungsmoment einer zwischen der Antriebseinheit und den sekundären Antriebsrädern angeordneten Übertragungskupplung mittels der Steuereinheit eingestellt. Bei dem beschriebenen Steuersystem ist die Steuereinheit derart ausgestaltet, dass über eine Kennlinie einem Soll-Kupplungsmoment ein Verstellweg für den die Übertragungskupplung betätigenden Aktuator zugeordnet wird und dass von der Steuereinheit bei Vorliegen mindestens einer definierten Betriebsbedingung, durch die stabil laufende Räder sichergestellt sind, ein Verstellweg vorgegeben wird, der gemäß der Kennlinie zu einem nicht voll gesperrten Zustand der Übertragungskupplung führt, und dass anschließend von der Steuereinheit das tatsächliche Kupplungsmoment nur aus dem Antriebsschlupf an der Vorderachse, dem Antriebsschlupf an der Hinterachse und dem Gesamtantriebsmoment berechenbar ist.
Die DE 10 2007 038 151 A1 beschreibt ein Verfahren zum Nachjustieren eines Aktuators einer Allradkupplung. Bei dem beschriebenen Verfahren zum Nachjustieren eines Aktuators einer Allradkupplung eines Kraftfahrzeugs werden die folgenden Schritte durchgeführt. Es wird ein Kupplungsschlupfwert bestimmt, der einer Differenz zwischen der Drehzahl einer Primärachse und der Drehzahl einer Sekundärachse des Fahrzeugs entspricht. Ferner wird ein Referenz-Sekundärachsenmoment bestimmt, das dem auf die Sekundärachse übertragenen Anteil eines Antriebsmoments entspricht, für den ein Kupplungsschlupfwert von im Wesentlichen Null erwartet wird. Schließlich erfolgt ein Vergleichen des Kupplungsschlupfwerts mit einem Schwellwert und ein Vergleichen eines Sollkupplungsmoments mit dem Referenz-Sekundärachsenmoment. Anschließend wird ein Sollkupplungsmoment für den Kupplungsaktuator in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieser Vergleiche geändert.
Die EP 1 670 661 B1 beschreibt ein Steuersystem für ein zumindest zeitweise vierradbetriebenes Kraftfahrzeug, mittels der ein Antriebsmoment einer Antriebseinheit auf primäre Antriebsräder und auf sekundäre Antriebsräder des vierradbetriebenen Kraftfahrzeuges verteilbar ist.
Die Druckschrift DE 103 33 653 B3 beschreibt eine Steuervorrichtung für ein zumindest zeitweise vierradbetriebenes Kraftfahrzeug. Bei der beschriebenen Steuervorrichtung für ein zumindest zeitweise vierradgetriebenes Kraftfahrzeug wird mittels der Steuereinheit das Antriebsmoment einer Antriebseinheit auf primäre Antriebsräder, welche permanent mit der Antriebseinheit verbunden sind, und auf sekundäre Antriebsräder, welche bedarfsweise über eine Übertragungskupplung mit der Antriebseinheit verbindbar sind, variabel verteilt, indem die Steuereinheit ein Soll-Kupplungsmoment ermittelt, das mittels einer Aktuatorvorrichtung an der Übertragungskupplung einzustellen ist. Die Steuereinheit erhält zumindest ein Eingangssignal zur Erfassung einer Fahrpedalstellung und ist derart ausgestaltet, dass bei der Ermittlung des Soll-Kupplungsmoments ein Grundvorsteueranteil berücksichtigt wird, der in Abhängigkeit von der Fahrpedalstellung vorgegeben wird und der abhängig von weiteren Parametern, die die Steuereinheit erfasst oder ermittelt, korrigiert wird.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Regelung eines kupplungsgesteuerten Allradantriebes für zumindest zeitweise vierradangetriebene Kraftfahrzeuge unter einer Verwendung von Reifenschlupfkennlinien zur Verfügung zu stellen, wobei gewährleistet wird, dass die wirkenden Antriebsmomente auf die Antriebsachsen des Kraftfahrzeuges optimal verteilt sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Regelung eines kupplungsgesteuerten Allradantriebes für zumindest zeitweise vierradangetriebene Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 8 gelöst.
Demgemäß wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung einer Drehmomentenverteilung einer Allradkupplung für ein zumindest wahlweise vierradangetriebenes Kraftfahrzeug bereitgestellt, welches einen kupplungsgesteuerten Allradantrieb mit einer ersten und einer zweiten Achse aufweist, wobei eine änderbare Einstellung der Allradkupplung die gewünschte Drehmomentenverteilung auf die erste und zweite Achse vorgibt, wobei anhand einer Messdatenreihe eines Reifenschlupfes eines jeden Rades der ersten und der zweiten Achse des Kraftfahrzeuges und anhand mindestens eines Kennlinienfeldes des Reifenschlupfes der Räder in Abhängigkeit einer auf ein jeweiliges Rad wirkenden Längskraft eine tatsächliche Drehmomentenverteilung der Allradkupplung auf die erste und zweite Achse über die Längskräfte der Räder ermittelt wird, wobei durch einen Vergleich der ermittelten tatsächlichen Drehmomentenverteilung der Allradkupplung mit einer gewünschten Drehmomentenverteilung der Allradkupplung eine Regeldifferenz gebildet wird, welche einem Regelkreis zur Regelung der Drehmomentenverteilung der Allradkupplung zugeführt wird.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee liegt in der Abgleichung einer Referenzgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges mit einer Radgeschwindigkeit eines jeden Rades des Kraftfahrzeuges basierend auf einem dynamischen Radhalbmesser und einer Raddrehzahl, um eine Berechnung des aktuellen Reifenschlupfes zu ermöglichen. Nach erfolgter Berechnung des Reifenschlupfes erfolgt ein Abgleich mit einem Kennlinienfeld des Reifenschlupfes der Räder in Abhängigkeit einer auf ein jeweiliges Rad wirkenden Längskraft. Dadurch wird die Berechnung einer auf das Fahrzeug wirkenden Längskraft ermöglicht. Unter Hinzunahme der Daten über die Achsgetriebeübersetzung, die vorliegenden Fahrwiderstände und den dynamischen Radhalbmesser ist eine Berechnung von Allradkupplungs-Ist-Momenten möglich. Dabei wird die Längskraft zu jedem der beteiligten Räder des Kraftfahrzeuges verwendet. Unter Verwendung der Betriebsdaten eines Traktionsmanagementsystems erfolgen ein Vergleich der Momente und eine Klassifizierung der anzuwendenden Korrekturfaktoren. Dabei nutzt das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung die auf dem Fahrzeug-CAN-Bus, Controller Area Network-Bus, verfügbaren Signale, um das gestellte Kupplungselemente unter Berücksichtigung der physikalischen Zusammenhänge zu ermitteln.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der Reifenschlupf eines jeden Rades der ersten und der zweiten Achse des Kraftfahrzeuges durch einen Abgleich einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges mit einer gemessenen Rotationsgeschwindigkeit eines jeden Rades erfasst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden zum Messen der Rotationsgeschwindigkeit der Räder Drehzahlsensoren und zum Erfassen des Reifenschlupfes eines jeden Rades Kennlinienfelder von dynamischen Radhalbmessern der Räder in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges verwendet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden als Drehzahlsensoren bereits vorhandene Drehzahlsensoren eines Antiblockiersystems des vierradangetriebenen Kraftfahrzeuges verwendet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden zur Regelung der Drehmomentenverteilung der Allradkupplung bei einer Bestimmung des Reifenschlupfes der einzelnen Räder dynamische Radlaständerungen der einzelnen Räder mit einberechnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird zur Regelung der Drehmomentenverteilung der Allradkupplung die gewünschte Drehmomentenverteilung der Allradkupplung von einer Traktionsregelungsvorrichtung des Kraftfahrzeuges vorgegeben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden zur Regelung der Drehmomentenverteilung der Allradkupplung des Kraftfahrzeuges Parameter und Kennlinienfelder in Abhängigkeit einer Baureihe und/oder einer Modelvariante des Kraftfahrzeuges verwendet.
Die obigen Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung lassen sich auf beliebige und geeignete Art und Weise miteinander kombinieren.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Figuren der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines zumindest zeitweise vierradangetriebenen Kraftfahrzeuges gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
2 ein schematisches Steuerdiagramm zur Regelung eines kupplungsgesteuerten Allradantriebes gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In allen Figuren der Zeichnung sind gleiche und funktionsgleiche Elemente – sofern nichts Anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines zumindest zeitweise vierradangetriebenen Kraftfahrzeuges 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Motor 5 umfasst einen Antriebsstrang 4 mit variabler Drehmomentverteilung zwischen mehreren Achsen, beispielsweise ein Allrad Hang-On-System mit variabel steuerbarer oder regelbarer Drehmomentverteilung durch eine Allradkupplung 2, beispielsweise als Längskupplung zwischen einer ersten Achse 12 und einer zweiten Achse 22, wobei beispielsweise die erste Achse 12 permanent und die zweite Achse 22 wahlweise angetrieben wird und gewünschten Soll-Momente an der ersten Achse 12 und an der zweiten Achse 22 durch die Reglungseinheit 3 einstellbar sind, um die geforderte Fahrdynamik sicherzustellen. Die Reglungseinheit 3 regelt die änderbare Einstellung der Drehmomentenverteilung der Allradkupplung 2. Ferner umfasst die erste Achse 12 ein erstes Achsdifferential 10 für ein erstes Rad 14 der ersten Achse 12 und für ein zweites Rad 18 der ersten Achse 12. Die zweite Achse 22 umfasst entsprechend ein zweites Achsdifferential 20 für ein erstes Rad 24 der zweiten Achse 22 und für ein zweites Rad 28 der zweiten Achse 22.
Die 2 zeigt ein schematisches Steuerdiagramm des Verfahrens zur Regelung eines kupplungsgesteuerten Allradantriebes gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens zur Regelung einer Drehmomentenverteilung der Allradkupplung 2 für das zumindest wahlweise vierradangetriebenes Kraftfahrzeug 1 werden beispielsweise in einem Schritt S1 auf einem CAN-Bus vorhandene Signale, wie eine Referenzgeschwindigkeit, eine Radgeschwindigkeit und weiterer Eingangsgrößen, wie etwa ein Kennlinienfeld eines dynamischen Radhalbmessers, unter Berücksichtigung der physikalischen Zusammenhänge verwendet, um einen Radschlupf in Bezug auf die Räder 14, 18, 24 und 28 zu berechnen. Unter Einrechnung von dynamischen Radlaständerungen, welche in einem Schritt S2 ermittelt werden, erfolgt in einem Schritt S3 die Berechnung einer Längskraft der Räder 14, 18, 24 und 28. In einem Schritt S4 wird ein Allradkupplungs-Ist-Moment entsprechend der tatsächlichen Drehmomentenverteilung durch eine Auswertung des jeweils aktuell an den Rädern 14, 18, 24 und 28 vorherrschenden Reifenschlupfes und der daraus resultierenden Längskraft ermittelt. Des Weiteren wird der aktuelle Fahrzustand des Kraftfahrzeuges 1 unter Zuhilfenahme eines Traktionsmanagementfaktors in einem Schritt S6 überprüft, wobei der Traktionsmanagementfaktors in einem Schritt S5 zunächst eingelesen wird. Der Traktionsmanagementfaktor ist Teil einer Traktionsregelung des Kraftfahrzeuges 1, welche gewährleistet, dass das Antriebsmoment durch gezielten Brems- oder/und Motormanagementeingriff reguliert und so Traktion und Fahrstabilität des Kraftfahrzeuges sichert. Das Verfahren ermöglicht auf diese Weise die Überprüfung der Stellgenauigkeit von Allradkupplungen oder Längskupplungen und ist ohne den Einbau von Messtechnik in das Kraftfahrzeug 1, insbesondere von Momentenmesssensoren, ausführbar. Bei Nicht-Einhalten einer definierten Stellgenauigkeit ermittelt das Verfahren einen Korrekturfaktor, der die Stellgenauigkeit optimiert. In Abhängigkeit einer Fahrweise-Erkennung wird die Sollmomentanforderung entsprechend angepasst, wobei die Fahrweise-Erkennung eine vorherrschende Dynamik charakterisiert. Die Fahrweise-Erkennung ist ein Parameter zur Beschreibung einer momentanen Fahrweise des Kraftfahrzeuges 1, insbesondere, ob eine dynamische Fahrweise, d. h. eine Fahrweise, die hohe Beschleunigungswerte des Kraftfahrzeuges 1 anfordert, vorliegt.
Obgleich die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10346671 A1 [0003]
DE 102007038151 A1 [0004]
EP 1670661 B1 [0005]
DE 10333653 B3 [0006]

Claims

Verfahren zur Regelung einer Drehmomentenverteilung einer Allradkupplung (2) für ein zumindest wahlweise vierradangetriebenes Kraftfahrzeug (1), welches einen kupplungsgesteuerten Allradantrieb mit einer ersten Achse (12) und einer zweiten Achse (22) aufweist, wobei eine änderbare Einstellung der Allradkupplung (2) die gewünschte Drehmomentenverteilung auf die erste Achse (12) und auf die zweite Achse (22) vorgibt, wobei anhand einer Messdatenreihe eines Reifenschlupfes eines jeden Rades (14, 18, 24, 28) der ersten Achse (12) und der zweiten Achse (22) des Kraftfahrzeuges (1) und anhand mindestens eines Kennlinienfeldes des Reifenschlupfes der Räder (14, 18, 24, 28) in Abhängigkeit einer auf ein jeweiliges Rad wirkenden Längskraft eine tatsächliche Drehmomentenverteilung der Allradkupplung (2) auf die erste und zweite Achse (12, 22) über die Längskräfte der Räder (14, 18, 24, 28) ermittelt wird, wobei durch einen Vergleich der ermittelten tatsächlichen Drehmomentenverteilung der Allradkupplung (2) mit einer gewünschten Drehmomentenverteilung der Allradkupplung (2) eine Regeldifferenz gebildet wird, welche einem Regelkreis zur Regelung der Drehmomentenverteilung der Allradkupplung (2) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Reifenschlupf eines jeden Rades (14, 18, 24, 28) der ersten Achse (12) und der zweiten Achse (22) des Kraftfahrzeuges (1) durch einen Abgleich einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges (1) mit einer gemessenen Rotationsgeschwindigkeit eines jeden Rades (14, 18, 24, 28) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei zum Messen der Rotationsgeschwindigkeit der Räder (14, 18, 24, 28) Drehzahlsensoren verwendet werden und zum Erfassen des Reifenschlupfes eines jeden Rades (14, 18, 24, 28) Kennlinienfelder von dynamischen Radhalbmessern der Räder (14, 18, 24, 28) in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges (1) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei als Drehzahlsensoren bereits vorhandene Drehzahlsensoren eines Antiblockiersystems des vierradangetriebenen Kraftfahrzeuges (1) verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1–4, wobei zur Regelung der Drehmomentenverteilung der Allradkupplung (2) bei einer Bestimmung des Reifenschlupfes der einzelnen Räder (14, 18, 24, 28) dynamische Radlaständerungen der einzelnen Räder (14, 18, 24, 28) mit einberechnet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1–5, wobei zur Regelung der Drehmomentenverteilung der Allradkupplung (2) die gewünschte Drehmomentenverteilung der Allradkupplung (2) von einer Traktionsregelungsvorrichtung des Kraftfahrzeuges (1) vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1–6, wobei zur Regelung der Drehmomentenverteilung der Allradkupplung (2) des Kraftfahrzeuges (1) Parameter und Kennlinienfelder in Abhängigkeit einer Baureihe und/oder einer Modelvariante des Kraftfahrzeuges (1) verwendet werden.
Vorrichtung zur Regelung einer Drehmomentenverteilung einer Allradkupplung (2) für ein zumindest wahlweise vierradangetriebenes Kraftfahrzeug (1), welches einen kupplungsgesteuerten Allradantrieb mit einer ersten Achse (12) und einer zweiten Achse (22) aufweist, wobei zur Einstellung der gewünschten Drehmomentenverteilung auf die erste Achse (12) und auf die zweite Achse (22) eine änderbare Einstellung der Allradkupplung (2) vorgesehen ist, wobei anhand einer Messdatenreihe eines Reifenschlupfes eines jeden Rades (14, 18, 24, 28) der ersten Achse (12) und der zweiten Achse (22) des Kraftfahrzeuges (1) und anhand mindestens eines Kennlinienfeldes des Reifenschlupfes der Räder (14, 18, 24, 28) in Abhängigkeit einer auf ein jeweiliges Rad wirkenden Längskraft eine tatsächliche Drehmomentenverteilung der Allradkupplung (2) auf die erste und zweite Achse (12, 22) über die Längskräfte der Räder (14, 18, 24, 28) ermittelbar ist, wobei durch einen Vergleich der ermittelten tatsächlichen Drehmomentenverteilung der Allradkupplung (2) mit einer gewünschten Drehmomentenverteilung der Allradkupplung (2) eine Erzeugung einer Regeldifferenz vorgesehen ist, welche einem Regelkreis zur Regelung der Drehmomentenverteilung der Allradkupplung (2) zugeführt ist.