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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Drehmomentübertragungsvorrichtung,
sowie dessen Anwendung in einer Drehmomentübertragungsvorrichtung und
in einem Fahrzeug.
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Es
ist bekannt, stellbare Kupplungen in Fahrzeugen anzuwenden, zur
aktiven Anpassung der Fahreigenschaften an bestimmte Fahrzustände beziehungsweise
Fahrsituationen. Die Kupplung kann dabei je nach Bedarf Drehmomente
in variabler Höhe von
einer ersten Welle auf eine zweite Welle übertragen. Die Wellen können dabei
mit einzelnen Rädern in
Wirkverbindung stehen, oder mit Radpaaren beziehungsweise Achsen.
Stellbare Kupplungen werden also als Quersperre oder Längssperre
verwendet. Die Steuerung wird hierbei von einer Fahrdynamik-Steuereinheit übernommen.
In dieser sind für alle
Fahrsituationen Parameter für
die stellbare Kupplung hinterlegt. Ermittelt werden die Fahrsituationen
aus Kennwerten, aufgenommen von einer Vielzahl im Fahrzeug angeordneter
Sensoren. Dabei werden beispielsweise die Drehzahlen der einzelnen Räder, das
anliegende Motordrehmoment, Kennwerte des Elektronischen Stabilisierungsprogramms ESP
oder Kennwerte des Antiblockiersystems berücksichtigt. Übertragen
werden die Daten im Fahrzeug über
ein Bus-System, beispielsweise CAN-Bus (Controller Area Network).
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Angewandt
auf eine als Längssperre
in einem Allradfahrzeug betriebene stellbare Kupplung, kann so für jede Fahrsituation
ein Momentenanteil des gesamten Motordrehmoments berechnet werden,
der von der angetriebenen vorderen Achse an die hintere Achse übertragen
werden soll.
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Problematisch
bei den bekannten Verfahren ist, dass durch die Steuerung in vielen
Fällen
eine zu hohe Kupplungskapazität
anliegt, die Kupplung also übersteuert
wird, da Sicherheitsfaktoren eingerechnet werden müssen, um
ein so genanntes Durchrutschen der Kupplung zu verhindern. Dadurch
ist der Triebstrang übermäßig belastet
und die Agilität
des Fahrzeuges reduziert. Zudem können toleranzbehaftete Kennwerte
die Berechnungen verfälschen.
Auf Störgrößen kann
so nur mit einer bestimmten Verzögerung
reagiert und die Kupplung entsprechend gestellt werden.
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Je
zeitnaher dies zum Auftreten der jeweiligen Fahrsituation geschieht,
umso besser kann auf die Fahreigenschaften eines Fahrzeuges Einfluss genommen
werden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
bereitzustellen, mit dem es früher
möglich
ist, auf Störgrößen zu reagieren
und welches angewandt in einer Drehmomentübertragungsvorrichtung auf
Drehzahldifferenzen von etwa < 3
U/min reagieren kann. Verbaut in einem Fahrzeug mit Allradantrieb
soll so die Adaption des Drehmoments für die Hinterachse ohne zusätzliche Sensoren
möglich
sein.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Regelung einer Drehmomentübertragungsvorrichtung stellt
eine Drehmomente in unterschiedlicher, einstellbarer Intensität von einer
ersten Welle auf eine zweite Welle übertragende Kupplung in Abhängigkeit von
einem als Sollwert vorgegebenen Differenzenwinkel zwischen der ersten
Welle und der zweiten Welle und einem als Istwert mittels einer
Recheneinheit aus einem Integral einer Differenzgeschwindigkeit
zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle analysierten vorhandenen
Differenzenwinkel ein.
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Die
Verwendung des Differenzenwinkels, der das Integral der Differenzgeschwindigkeit
beziehungsweise des Schlupfes zwischen einer ersten Welle und einer
zweiten Welle darstellt, als Regelgröße hat den Vorteil, dass die
Drehmoment übertragende
Kupplung in der Weise geregelt werden kann, dass ein maximaler Unterschied
in den Umdrehungen der Antriebs- und Abtriebswelle von 3 U/min eingestellt
werden kann.
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In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der
Sollwert abhängig
von einer aus Kennwerten mehrerer in einem Fahrzeug angeordneter
Sensoren ermittelten Fahrsituation vorgegeben wird und die Fahrsituation
von einer Fahrdynamik-Regeleinheit ermittelt wird. Hierdurch wird
vorteilhaft erreicht, dass die Kupplung, beim Einsatz in einem Antriebsstrang
in einem Fahrzeug, ohne zusätzliche
Sensorik schneller gestellt werden kann. Es ist möglich, bestimmten
Fahrzuständen
einen definierten Schlupf zwischen der ersten und zweiten Welle
zuzuweisen. So kann die Agilität
des Fahrzeuges erhöht
werden und Triebstrangbelastungen können reduziert und Triebstrangüberlastungen
vermieden werden. Durch einen besseren erzielbaren Wirkungsgrad
des Antriebstrangs kann zudem Energie gespart werden beziehungsweise
bei Fahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor kann der CO2-Ausstoß verringert
werden.
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In
weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Kupplung zur Übertragung
eines Motordrehmoments von einer Vorderachse des Fahrzeuges zu einer
Hinterachse des Fahrzeuges und in entgegengesetzter Richtung zur Übertragung
eines Drehmoments von der Hinterachse zu der Vorderachse und somit
als Längssperre verwendet
wird. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass ein an die Hinterachse übertragenes
Moment gezielt verschiedenen Fahrsituationen angepasst werden kann.
Ein Fahrzeug mit zwei angetriebenen Achsen hat erhebliche Traktionsvorteile
auf losem oder glatten Untergrund und durch das erfindungsgemäße Verfahren
wird verhindert, dass die Längssperre übersperrt
wird. So wird ein zu hohes Hinterachsmoment vermieden, welches sich
unkomfortabel beim Rangieren des Fahrzeuges auswirken würde, da
durch ein zu hohes Hinterachsmoment das Fahrzeug bestrebt wäre geradeaus
zu fahren. Zudem wird so die Agilität des Fahrzeuges verbessert,
höhere Kurvengeschwindigkeiten
sind zu erreichen.
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In
weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass als Mittendifferential eine in einem Ölbad laufende, hydraulisch
stellbare Lammellenkupplung verwendet wird. Durch die Verwendung
einer hydraulischen Verstellvorrichtung wird vorteilhaft erreicht,
dass sich der durch einen Ventilstrom erzeugte hydraulische Druck
proportional zum übertragenen
Drehmoment verhält.
Eine Kalkulation erforderlicher Stellparameter ist somit einfacher
und das Stellen der Kupplung mit einfachen verschleißarmen Mitteln
möglich.
Die im Ölbad
laufende Lammellenkupplung bietet dabei eine lange Lebensdauer.
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Weitere
bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich
aus den übrigen,
in den Unteransprüchen
genannten Merkmalen.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch eine Drehmomentübertragungsvorrichtung
gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 5 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Drehmomentübertragungsvorrichtung
umfasst eine Drehmomente in unterschiedlicher, einstellbarer Intensität von einer
ersten Welle auf eine zweite Welle übertragende Kupplung und eine
Regeleinrichtung, wobei die Kupplung von der Regeleinrichtung abhängig von
einem als Sollwert vorgegebenen Differenzenwinkel zwischen der ersten
Welle und der zweiten Welle und einem als Istwert mittels einer
Recheneinheit aus einem Integral einer Differenzgeschwindigkeit
zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle analysierten vorhandenen
Differenzenwinkel einstellbar ist.
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Vorteilhaft
wird dadurch erreicht, dass die Drehmomentübertragungsvorrichtung mit
einer Regelung, die den Differenzenwinkel als Integral des Schlupfes
als Regelgröße überwacht,
präziser
und schneller arbeiten kann. Vorgaben beziehungsweise Sollwerte
zur Höhe
des zu übertragenden
Drehmoments können
mit einer Regelung durch die Regeleinrichtung genauer umgesetzt
werden als mit einer reinen Steuerung. Eine Differenzenwinkelgeschwindigkeit
ca. kleiner 3 U/min kann adaptiv eingeregelt werden.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird zudem durch ein Fahrzeug gemäß den Merkmalen
des Patentanspruchs 6 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Fahrzeug
umfasst eine Drehmomentübertragungsvorrichtung
mit einer Drehmomente in unterschiedlicher, einstellbarer Intensität von einer
ersten Welle auf eine zweite Welle übertragenden Kupplung und eine
Fahrdynamik-Regeleinrichtung, wobei die Kupplung von der Fahrdynamik-Regeleinrichtung
abhängig
von einem als Sollwert vorgegebenen Differenzenwinkel zwischen der
ersten Welle und der zweiten Welle und einem als Istwert mittels
einer Recheneinheit aus einem Integral einer Differenzgeschwindigkeit
zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle analysierten vorhandenen
Differenzenwinkel einstellbar ist.
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Daraus
ergibt sich vorteilhaft, dass der Schlupf zwischen Vorder- und Hinterachse
adaptiv einstellbar ist. Beim Fahrzeug werden Triebstrangbelastungen
reduziert und Triebstrangüberbelastungen vermieden.
Das Fahrzeug besitzt eine höhere
Agilität und
der CO2-Ausstoß kann verringert werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der
zugehörigen
Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Schema eines herkömmlichen Steuerungsverfahrens
und,
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2 das
Schema eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 wird
ein Schema eines bereits bekannten Verfahrens zur Steuerung einer
Drehmomentübertragungseinrichtung 10 gezeigt,
wie sie bei allradgetriebenen Fahrzeugen als stellbare Längssperre,
zur Verteilung eines Motordrehmoments Md zwischen einer Vorderachse 12 und
einer Hinterachse 14 eines Fahrzeuges eingesetzt werden
kann. Mittels einer Vielzahl von Sensoren werden verschiedene Kennwerte
ermittelt – in
der 1 beispielhaft die Geschwindigkeiten der vier
Räder V_Rad_1
bis V_Rad_4, Kennwerte des Antiblockiersystems ABS und des Elektronischen
Stabilitätsprogramms
ESP, das Motordrehmoment Md_Mot und der Lenkwinkel des Lenkrades.
Diese Kennwerte werden mittels eines Datenübertragungssystems 16,
beispielsweise CAN-Bus (Controller Area Network Raten-Übertragungssystem), zu einer
Fahrdynamik-Steuereinheit 18 geleitet. Diese ermittelt
aus den empfangenen Kennwerten die aktuelle Fahrsituation. Zu jeder
Fahrsituation ist in der Fahrdynamik-Steuereinheit 18 eine bestimmte
Rate hinterlegt, welcher Anteil des gesamten Motordrehmoments Md
an die Hinterachse 14 übertragen
werden soll. Diese Rate berücksichtigt zudem
Korrekturfaktoren, die sich aus bestimmten Kennwerten, wie beispielsweise
dem Lenkwinkel ergeben. Entsprechend der Rate werden Parameter von
Stellmitteln zum Einstellen der Längssperre von der Fahrdynamik-Steuereinheit 18 ausgegeben.
In 1 wird als Stellmittel, beispielsweise ein Ventilstrom
i, zum Einstellen einer hydraulisch stellbaren Kupplung gezeigt.
In Abhängigkeit
des durch den Ventilstrom i ausgeübten Druckes p verändert sich das
mittels der Längssperre
an die Hinterachse übertragene
Motordrehmoment Md proportional. Das gesamte, vom Motor erzeugte
Drehmoment Motor Md wird so zwischen der vorderen und der hinteren
angetrieben Achse 12 und 14 des Fahrzeuges entsprechend
der ermittelten Fahrsituation verteilt. Dies gilt so lange, bis
ein neuer Fahrzustand ermittelt wurde.
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In 1 schematisch
dargestellt, bewirkt das an den Achsen 12; 14 anliegende
Moment mit steigenden Werten einen erhöhten Schlupf zwischen Rädern beziehungsweise
Reifen der Achse und einem Untergrund, auf dem sich das Fahrzeug
fortbewegen soll. Abhängig
von der Beschaffenheit des Untergrundes und der Reifen ergibt sich
je nach Paarung dieser Komponenten eine Kennlinie für den Verlauf
im abgebildeten Schlupf/Moment-Diagramm. Beispielhaft sind in 1 drei
Kennlinien pro Achse eingezeichnet.
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2 zeigt
ein Schema eines erfindungsgemäßen Vorgangs,
mit dem in bestimmten Fahrsituationen gegenüber dem in 1 abgebildeten
Vorgang zusätzlich
Einfluss auf die Verteilung des Motormoments zwischen der Vorderachse 12 und
Hinterachse 14 genommen werden kann. Für bestimmte Fahrsituationen
wird dabei adaptiv ein kalkulierter Sollwert für den Differenzenwinkel φ und somit
für den
Schlupf vorgegeben. 2 zeigt die erfindungsgemäße Ermittlung
des zwischen der Vorderachse 12 und Hinterachse 14 bestehenden
momentanen Schlupfes. Der Vorderachse 12 sind dabei das
Rad 1 sowie das Rad 2 und der Hinterachse 14 das Rad 3 und
das Rad 4 zugeordnet. Aus dem Schlupf zwischen den beiden Achsen 12; 14 ergibt
sich mit der Integration der vorhandenen Differenzenwinkelgeschwindigkeit
vdiff der vorhandene Differenzenwinkel φ als Istwert.
Bei bestimmten Randbedingungen wird bei der Integration des Schlupfes
getriggert, das heißt,
dass einer Startwertvariablen ein Wert zugewiesen wird. Im nächsten Schritt
des erfindungsgemäßen Verfahrens
findet in der Fahrdynamik-Regeleinheit 22 ein Vergleich
zwischen dem vorgegebenen Sollwert und dem tatsächlichen Istwert statt. Das
Ergebnis führt
zu einer Reduzierung des Hinterachsmoments, wenn der Ist-Winkel
kleiner ist und umgekehrt zu einer Erhöhung des Hinterachsmoments, falls
der Ist-Winkel größer ist
als der Soll-Winkel. Die Korrekturen in Form eines von der Fahrdynamik-Regeleinheit 22 berechneten
Korrekturfaktors für
das Hinterachsmoment bleiben bis zum folgenden Soll-Ist-Vergleich
konstant und gelten für
alle Fahrsituationen.
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Da
hier eine Auswertung des vorhandenen Verdrehwinkels beziehungsweise
Differenzenwinkels φ stattfindet
und das Ergebnis Korrekturen für
die Einstellung der Verteilung des Motordrehmoments Md verursacht,
handelt es sich nicht mehr um eine Steuerungseinrichtung, sondern
um eine Regelungseinrichtung. Symbolisch dargestellt wird diese
erweiterte Funktionalität
in 2 durch das angefügte Feld 20.
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- 10
- herkömmliches
Verfahren zur Steuerung einer Drehmomentübertragungseinrichtung
- 11
- erfindungsgemäßes Verfahren
zur Regelung einer Drehmomentübertragungsvorrichtung
- 12
- Vorderachse
- 14
- Hinterachse
- 16
- Datenübertragungssystem
- 18
- Fahrdynamik-Steuereinheit
- 20
- erweiterte
Funktionalität
- 22
- Fahrdynamik-Regeleinheit
- V_Rad1
- Kennwert
der Geschwindigkeit eines ersten Rades
- V_Rad2
- Kennwert
der Geschwindigkeit eines zweiten Rades
- V_Rad3
- Kennwert
der Geschwindigkeit eines dritten Rades
- V_Rad4
- Kennwert
der Geschwindigkeit eines vierten Rades
- Md_Mot
- Kennwert
des Motordrehmoments
- Lenkwinkel
- Kennwert
des Lenkwinkels
- Md
- Motordrehmoment
- i
- Ventilstrom
- p
- Druck
- vdiff
- Differenzenwinkelgeschwindigkeit
- φ
- Differenzenwinkel
- Motor
Md
- vom
Motor momentan abgegebenes Drehmoment
- t
- Zeit
- Mdmax
- maximales
Drehmoment