DE102006031062A1

DE102006031062A1 - Fahrzeugsteuerungssystem

Info

Publication number: DE102006031062A1
Application number: DE102006031062A
Authority: DE
Inventors: Francis Assadian; Matthew Hancock
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2005-08-01
Filing date: 2006-07-05
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2026-07-06
Also published as: DE102006031062B4; GB0515794D0; GB2428755B; GB2428755A

Abstract

Ein Steuerungsmodul (12) liefert an ein aktives Differentialgetriebe (9) ein Signal für die Aufforderung, das Antriebsdrehmoment zu übertragen, um die Antriebssteuerung des Fahrzeuges (1) zu erleichtern. Aufgrund von Betriebsbedingungen des Fahrzeuges verändert das Modul (12) eine gewünschte Aufforderung, das Drehmoment zu übertragen, um einen Faktor, der sich auf die Abweichung zwischen einem Zielsollwert der Drehzahldifferenz der angetriebenen Räder und einer gemessenen Differenz bezieht, um für das Differentialgetriebe (9) das Signal für die Aufforderung, das Antriebsdrehmoment zu übertragen, zu erzeugen.

Description

Diese Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für ein Fahrzeug und insbesondere eine Antriebssteuerung für ein mit einem „aktiven" Differentialgetriebe ausgestatteten Kraftfahrzeug.
Serienmäßige offene Differentialgetriebe wurden entwickelt, um unterschiedliche Drehzahlen der angetriebenen Räder bei Kurvenfahrt zu ermöglichen. Um dies zu erreichen, übertragen sie jedoch auf jedes Rad stets das gleiche Antriebsdrehmoment. Befindet sich daher das Fahrzeug in einer Situation, in der die verfügbare Reifenkraft in Längsrichtung bei jedem Antriebsrad verschieden ist, so wird der maximale Antrieb durch das Rad mit der geringsten Bodenhaftung begrenzt werden. Passive LSD-Getriebe (LSD-Limited Slip Differentials – Differentialgetriebe mit begrenztem Schlupf) verwenden einen größeren Anteil der verfügbaren Kraft in Längsrichtung, indem sie ein Drehmoment auf das Rad mit der größten Bodenhaftung übertragen – wobei die Höhe des übertragenen Drehmoments von der Drehzahldifferenz der Räder bzw. vom Antriebsdrehmoment abhängig ist. Derartige Vorrichtungen haben jedoch einige Nachteile:
Bei Kurvenfahrt mit geringer (Längs-)Beschleunigung können sie eine unerwünschte Untersteuerung erzeugen.
Bei hoher Längsbeschleunigung kann auf das Rad mit der größten Bodenhaftung so viel Drehmoment übertragen werden, dass es durchzudrehen beginnt. Handelt es sich um ein Fahrzeug mit Hinterantrieb, so verursacht der entstehende Verlust an seitlicher Kraftleistung dieses Rades eine erhebliche Verschlechterung der Gierstabilität.
Sie sind nicht in der Lage, sich an unterschiedliche Fahrsituationen anzupassen.
Die mechanischen Bauteile eines serienmäßigen passiven LSD-Getriebes erzeugen eine feste Beziehung zwischen dem übertragenen Drehmoment und der Drehzahldifferenz der Räder bzw. des Antriebsdrehmoments. Im Gegensatz hierzu können aktive Differentialgetriebe immer dann ein Drehmoment übertragen, wenn die Steuerungsalgorithmen dies für notwendig erachten. Zur Bestimmung der aktuellen Fahrsituation des Fahrzeugs und daher der geeigneten Höhe des aufzubringenden Drehmomentübertrags können verschiedene Sensoren am Fahrzeug verwendet werden.

Es ist bekannt, ein Fahrzeug mit einem elektrohydraulischen SperrDifferential mit begrenztem Schlupf bereitzustellen, in dem eine Mehrscheibenkupplung eingebaut ist. Die Wirkung der Kupplung kann gesteuert werden, um unterschiedliche Grade des Drehmomentübertrags bzw. der Sperrung des Differentials zu erreichen. (Siehe zum Beispiel "Advanced Vehicle Technology" (Hochentwickelte Fahrzeugtechnik) von Heinz Heisler Seiten 2002, 262–263).

Die Antriebssteuerung eines derartig ausgestatteten Fahrzeugs kann unter Verwendung der von den Raddrehzahlsensoren des Fahrzeugs ausgegebenen Signale ausgeführt werden.

Beginnt beispielsweise eines der Antriebsräder aufgrund eines Antriebsverlustes durchzudrehen, so erfasst der Raddrehzahlsensor die Beschleunigung des Rades und sendet ein Signal an ein im Fahrzeug mitgeführtes Steuerungsmodul.

Unter guten Straßen- und Bodenhaftungsbedingungen wird die Mehrscheibenkupplung durch Schließen eines Magnetventils und Freigabe eines hydraulischen Mediums, das dann in einen Vorratsbehälter fließen kann, ausgerückt. Beginnt jedoch aufgrund eines Antriebverlustes ein Rad durchzudrehen, so erfasst der Raddrehzahlsensor die Beschleunigung des Rades und sendet ein Signal an ein im Fahrzeug mitgeführtes Steuerungsmodul. Das Modul steuert den Betrieb des Magnetventils, so dass die Mehrscheibenkupplung zumindest teilweise eingerückt wird. Durch Überwachen eines Beschleunigungssensors des Lenkrades kann das Modul beispielsweise die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und eine eventuelle Kurvenfahrt desselben berücksichtigen. Somit kann der Sperrgrad des Differentialgetriebes bei Entfernung vom Stillstand vergrößert und bei Kurvenfahrt bzw. bei hoher Geschwindigkeit verringert werden.

In der modernsten Fahrzeugtechnik besteht das Bestreben, neue aktive Systeme zu entwickeln, in denen hoch leistungsfähige elektromechanische Stellglieder durch schwache Steuerungssignale angetrieben werden, um bestimmte Fahrzeugkenndaten zu beeinflussen. Die Vorteile dieser aktiven Systeme sind eine gesteigerte Fahrzeugleistung, On-line-Veränderung der Bedienungsmerkmale, reduzierte Drehkräfte des Fahrzeugs und geringere Fahrzeugentwicklungskosten.

Nach einem ersten Aspekt besteht die vorliegende Erfindung aus einem Steuerungssystem zur Steuerung einer Vorrichtung zur Übertragung des Antriebsdrehmoments, die so ausgestaltet ist, dass sie ein Drehmoment auf mehrere angetriebene Räder eines Fahrzeugs verteilt, wobei das Steuerungssystem folgendes umfasst;
Mittel zur Berechnung eines ersten Wertes für die Aufforderung, das Antriebsdrehmoment zu übertragen, in Abhängigkeit von mindestens einem Antriebsparameter des Fahrzeugs,
Mittel zur Berechnung eines Sollwertes für den Längsschlupf des Reifens des langsamsten angetriebenen Rades,
Mittel zur Berechnung einer gewünschten Drehzahldifferenz, WD, zwischen den angetriebenen Rädern, wobei dieser Wert benötigt wird, um den berechneten Schlupfwert zu erzielen,
Mittel zur Berechnung des Istwerts der Drehzahldifferenz, WA, zwischen den angetriebenen Rädern,
Mittel zur Berechnung eines zweiten Wertes für die Aufforderung, das Antriebsdrehmoment zu übertragen, der benötigt wird, um |WA – WD| zu minimieren, und
einen Summierer zum Addieren des ersten und des zweiten Wertes für die Aufforderung, das Antriebsdrehmoment zu übertragen, um zur Steuerung der Vorrichtung zur Übertragung des Antriebsdrehmoments ein endgültiges Signal für die Aufforderung, das Antriebsdrehmoment zu übertragen, zu erzeugen.

Nach einem zweiten Aspekt besteht die vorliegende Erfindung aus einem Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung zur Übertragung des Antriebsdrehmoments, die so ausgestaltet ist, dass ein Drehmoment auf mehrere angetriebene Räder eines Fahrzeugs verteilt wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst;
Berechnen eines ersten Wertes für die Aufforderung, das Antriebsdrehmoment zu übertragen, in Abhängigkeit von mindestens einem Antriebsparameter des Fahrzeugs,
Berechnen eines Sollwertes für Längsschlupf des Reifens des langsamsten angetriebenen Rades,
Berechnen einer gewünschten Drehzahldifferenz WD zwischen den angetriebenen Rädern, wobei dieser Wert benötigt wird, um den berechneten Schlupfwert zu erzielen,
Berechnen des Istwerts der Drehzahldifferenz WA zwischen den angetriebenen Rädern, Berechnen eines zweiten Wertes für die Aufforderung, das Antriebsdrehmoment zu übertragen, der benötigt wird, um |WA – WD| zu minimieren, und
Addieren des ersten und des zweiten Wertes für die Aufforderung, das Antriebsdrehmoment zu übertragen, um zur Steuerung der Vorrichtung zur Übertragung des Antriebsdrehmoments ein endgültiges Signal für die Aufforderung, das Antriebsdrehmoment zu übertragen, zu erzeugen.

Nach einem dritten Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug, in das ein Steuerungssystem nach dem ersten Aspekt eingebaut ist.

Die Erfindung ist anwendbar auf jedes Fahrzeug mit aktivem Hinter- oder VorderachsDifferential, in welchem eine Reibungskupplung eingebaut sein kann. Die Kupplung kann beispielsweise durch einen Elektromotor oder durch hydraulische oder elektromagnetische Mittel angesteuert werden.

Vorzugsweise werden der erste Wert für die Aufforderung, das Antriebsdrehmoment zu übertragen, und der Schlupfwert anhand der von mindestens einem Sensor gelieferten Daten bezüglich mindestens eines Fahrzeugantriebsparameters berechnet, wobei dieser mindestens eine Sensor an Bord des Fahrzeugs montiert ist.

Vorzugsweise wird WD anhand der von mindestens einem Sensor gelieferten Daten bezüglich mindestens eines Fahrparameters des Fahrzeugs berechnet, wobei dieser Sensor an Bord des Fahrzeugs montiert ist. In einem Beispiel liefern derartige an Bord des Fahrzeugs montierte Sensoren Daten bezüglich des Lenkradwinkels, der Giergeschwindigkeit und der Raddrehzahl.

Im Folgenden wird nun eine erfindungsgemäße Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:
1. eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs einschließlich einer Antriebssteuerung gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist, und
2. ein Blockdiagramm eines Antriebssteuerungsmoduls gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist.
Mit Bezug auf 1 hat ein Fahrzeug 1 vier Räder 2, 3, 4, 5 und einen Antriebsstrang 6 zum Antreiben der Hinterräder 4 und 5. Der Antriebsstrang 6 umfasst einen Motor 7 und ein Getriebe 8 zur Übertragung des Antriebs auf ein hinteres aktives Differentialgetriebe 9, welches wiederum ein Antriebsdrehmoment auf die hinteren Räder 4 und 5 überträgt.
Das Differentialgetriebe 9 ist ein aktives Differential mit begrenztem Schlupf, dessen Sperrgrad durch ein Kupplungspaket 10 eingestellt werden kann, welches zwischen den beiden Abtriebsseiten des Differentialgetriebes 9 wirksam ist.
Der Betrieb des Kupplungspakets 10 wird von einem Elektromotor 11 gesteuert. Der Elektromotor 11 wird durch ein von einem an Bord des Fahrzeugs montierten Steuerungsmodul 12 ausgegebenes Signal angetrieben, welches eine optimale Aufforderung, das Drehmoment zu übertragen, berechnet und es dabei dem Differentialgetriebe ermöglicht, in Abhängigkeit der Fahrbedingungen eine optimale Antriebssteuerung der angetriebenen Räder 4, 5 bereitzustellen.
Das Fahrzeug umfasst ferner Raddrehzahlsensoren 13, 14, 15, 16 zur Messung der Drehzahl der Räder 2, 3 bzw. 4, 5. Ausgänge der jeweiligen Raddrehzahlsensoren 13, 14, 15, 16 sind an das Steuerungsmodul 12 angeschlossen.
Eine Sensoranordnung 17 zum Erfassen der Fahrparameter des Fahrzeugs ist ebenfalls vorgesehen und ein Ausgang derselben ist an das Steuerungsmodul 12 angeschlossen. Die Sensoranordnung 17 liefert Daten bezüglich mehrerer Fahrparameter des Fahrzeugs.
Im Folgenden wird der Betrieb des Steuerungsmoduls 12 mit Bezug auf 2 beschrieben.
Das Steuerungsmodul 12 umfasst eine Regelung mit Störgrößenaufschaltung 18, eine Rückführregelung 19, einen Generator des Längsschlupfzielsollwerts 20, einen Generator des Raddrehzahldifferenzzielsollwerts 21, einen Rechner zur Berechnung des Istwerts der Raddrehzahldifferenz 22 und einen Summierer 23.
Die Sensoranordnung 17 liefert an das Modul 12 Werte bezüglich der Fahrparameter, anhand derer die Regelung mit Störgrößenaufschaltung 18 einen ersten Wert für die Aufforderung, das Antriebsdrehmoment zu übertragen, berechnet. Dieser erste Wert für die Aufforderung, das Antriebsdrehmoment zu übertragen, ist ein Korrekturwert, der einem zweiten, von der Rückführregelung 19 berechneten Wert für die Aufforderung, das Antriebsdrehmoment zu übertragen, hinzugefügt werden soll, um die begrenzte Ansprechzeit der Baugruppe bestehend aus Differentialgetriebe 9, Kupplungspaket 10 und Motor 11 zu kompensieren.
Der Generator des Längsschlupfzielsollwerts 20 berechnet einen Sollwert für den Längsschlupf des Reifens des langsamsten der beiden angetriebenen Räder 4, 5 anhand von Daten bezüglich der Fahrparameter des Fahrzeugs, welche von der Sensoranordnung 17 geliefert werden. Ein kleiner Schlupf verbessert die Zugkraftübertragung. Der Generator des Längsschlupfzielsollwerts 20 führt den von ihm berechneten Wert dem Generator des Raddrehzahldifferenzzielsollwerts 21 zu, welcher eine gewünschte Drehzahldifferenz WD zwischen den angetriebenen Rädern 4, 5 berechnet, die erforderlich ist, um den berechneten Schlupfwert zu erzielen.
Der Generator des Raddrehzahldifferenzzielsollwerts 21 stellt seine Berechnungen anhand der von den Raddrehzahlsensoren 13, 14, 15, 16 gelieferten Werte für die Raddrehzahl und anhand der von der Sensoranordnung 17 gelieferten Werte bezüglich des Lenkradwinkels und der Giergeschwindigkeit an.
Ein Istwert der Raddrehzahldifferenz WA (zwischen den angetriebenen Rädern 4, 5) wird von dem Rechner 22 des Istwerts der Raddrehzahl anhand der von den Raddrehzahlsensoren 15, 16 gelieferten Signale bestimmt. Die Werte für WD und WA werden in die Rückführregelung 19 gespeist, welche einen zweiten Wert für die Aufforderung, das Antriebsdrehmoment zu übertragen, berechnet, wobei dieser erforderlich ist, um die Größe der Differenz zwischen WA und WD zu minimieren.
Der zweite Wert für die Aufforderung, das Antriebsdrehmoment zu übertragen, wird von dem Summierer 23 dem ersten Wert für die Aufforderung, das Antriebsdrehmoment zu übertragen, hinzugefügt, um einen endgültigen Wert für die Aufforderung, das Antriebsdrehmoment zu übertragen, zu erzeugen. Dieser endgültige Wert wird zur Steuerung der Funktionsweise des Differentialgetriebes 9 an den Elektromotor 11 angelegt.

Claims

Steuerungssystem zur Steuerung einer Vorrichtung zur Übertragung eines Antriebsdrehmoments, die so ausgestaltet ist, dass sie ein Drehmoment auf mehrere angetriebene Räder eines Fahrzeugs verteilt, wobei das Steuerungssystem folgendes umfasst: Mittel zur Berechnung eines ersten Wertes für die Aufforderung, das Antriebsdrehmoment zu übertragen, in Abhängigkeit von mindestens einem Antriebsparameter des Fahrzeugs, Mittel zur Berechnung eines Sollwertes für den Längsschlupf des Reifens des langsamsten angetriebenen Rades, Mittel zur Berechnung einer gewünschten Drehzahldifferenz, WD, zwischen den angetriebenen Rädern, wobei dieser Wert benötigt wird, um den berechneten Schlupfwert zu erzielen, Mittel zur Berechnung des Istwerts der Drehzahldifferenz, WA, zwischen den angetriebenen Rädern, Mittel zur Berechnung eines zweiten Wertes für die Aufforderung, das Antriebsdrehmoment zu übertragen, der benötigt wird, um |WA – WD| zu minimieren, und, einen Summierer zum Addieren des ersten und des zweiten Wertes für die Aufforderung, das Antriebsdrehmoment zu übertragen, um zur Steuerung der Vorrichtung zur Übertragung des Antriebsdrehmoments ein endgültiges Signal für die Aufforderung, das Antriebsdrehmoment zu übertragen, zu erzeugen.
Steuerungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Vorrichtung zur Übertragung eines Antriebsdrehmoments ein Differentialgetriebe mit eingebauter Reibungskupplung ist.
Steuerungssystem nach Anspruch 2, bei dem in die Vorrichtung zur Übertragung eines Antriebsdrehmoments ferner ein Elektromotor zur Ansteuerung der Reibungskupplung eingebaut ist.
Steuerungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Mittel zur Berechnung eines ersten Wertes für die Aufforderung, das Antriebsdrehmoment zu übertragen, dafür geeignet sind, diesen Wert anhand von Daten zu berechnen, die von mindestens einem Sensor geliefert werden, der Daten bezüglich mindestens eines Fahrparameters des Fahrzeugs liefert, wobei der mindestens eine Sensor an Bord des Fahrzeugs montiert ist.
Steuerungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Mittel zur Berechnung eines Sollwertes für den Längsschlupf des Reifens dafür geeignet sind, den Schlupfwert anhand von Daten zu berechnen, die von mindestens einem Sensor geliefert werden, der Daten bezüglich mindestens eines Fahrparameters des Fahrzeugs liefert, wobei der mindestens eine Sensor an Bord des Fahrzeugs montiert ist.
Steuerungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Mittel zur Berechnung der WD dafür geeignet sind, die WD anhand von Daten zu berechnen, die von an Bord montierten Sensoren geliefert werden, welche Fahrparameter des Fahrzeugs umfassend den Lenkradwinkel, die Giergeschwindigkeit und die Raddrehzahl liefern.
Fahrzeug mit darin eingebautem Steuerungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung zur Übertragung eines Antriebsdrehmoments, die so ausgestaltet ist, dass sie ein Drehmoment auf mehrere angetriebene Räder eines Fahrzeugs verteilt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Berechnen eines ersten Wertes für die Aufforderung, das Antriebsdrehmoment zu übertragen, in Abhängigkeit von mindestens einem Antriebsparameter des Fahrzeugs, Berechnen eines Sollwertes für Längsschlupf des Reifens des langsamsten angetriebenen Rades, Berechnen einer gewünschten Drehzahldifferenz WD zwischen den angetriebenen Rädern, wobei dieser Wert benötigt wird, um den berechneten Schlupfwert zu erzielen, Berechnen des Istwerts der Drehzahldifferenz WA zwischen den angetriebenen Rädern, Berechnen eines zweiten Wertes für die Aufforderung, das Antriebsdrehmoment zu übertragen, der benötigt wird, um |WA – WD| zu minimieren, und Addieren des ersten und des zweiten Wertes für die Aufforderung, das Antriebsdrehmoment zu übertragen, um zur Steuerung der Vorrichtung zur Übertragung des Antriebsdrehmoments ein endgültiges Signal für die Aufforderung, das Antriebsdrehmoment zu übertragen, zu erzeugen.
Steuerungssystem zur Steuerung einer Vorrichtung zur Übertragung eines Antriebsdrehmoments, im Wesentlichen wie oben anhand der Zeichnungen beschrieben.