DE102010004628A1

DE102010004628A1 - Verfahren zum Verteilen bzw. Übertragen von Drehmoment auf zwei Räder eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102010004628A1
Application number: DE102010004628A
Authority: DE
Inventors: Michael 85049 Bär; Karl-Heinz Dr. 85049 Siedersberger
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2010-01-15
Publication date: 2011-07-21

Abstract

In einem Kraftfahrzeug, bei dem das Drehmoment in unterschiedlicher Weise auf die zwei Räder (insbesondere einer selben Achse) verteilt werden kann, wird, z. B. mit Hilfe einer Kamera, das Umfeld des Kraftfahrzeugs untersucht, um so den zukünftigen Fahrtweg des Kraftfahrzeugs vorherzusagen (S14). Eine Umverteilung des Drehmoments kann dann sehr kurzfristig erfolgen. Bei einer Kurvenfahrt kann mehr Drehmoment auf das kurvenäußere Rad schon vor oder bei Einsetzen der Kurvenfahrt gegeben werden. Es wird nicht eine negative Folge der Kurvenfahrt wie z. B. Gieren des Kraftfahrzeugs abgewartet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verteilen von Drehmoment, das von einer Antriebswelle bereitgestellt wird, auf zwei Räder einer selben Achse oder unterschiedlicher Achsen in einem Kraftfahrzeug. In einem anderen Aspekt betrifft sie ein Verfahren zum Übertragen von Drehmoment, das von einer Antriebswelle bereitgestellt wurde, auf zwei Räder insbesondere einer selben Achse in einem Kraftfahrzeug.
Herkömmlicherweise wird ein von einer Antriebswelle bereitgestelltes Drehmoment über ein Differenzial auf zwei Räder einer selben Achse verteilt, sodass beide Räder einen gleichen Anteil an dem bereitgestellten Drehmoment erhalten. Es ist vorliegend als bekannt vorausgesetzt, dass von dieser Gleichverteilung des Drehmoments abgewichen werden kann. Im Vergleich zur Gleichverteilung wird hierbei Drehmoment von einem der Räder auf das andere übertragen. Dies ist auch unter dem Namen „Torque Vectoring” bekannt.
Einen Überblick über das Torque Vectoring liefert der Artikel der Zeitschrift ATZ 12/2008, Seiten 1102 bis 1109, mit dem Titel „Torque Vectoring mit elektrohydraulischer Aktuierung”, welcher von den Autoren Walter Sackl, Gerhard Eibler und Thomas Linortner der Firma Magna Powertrain verfasst wurde. Gemäß diesem Artikel sollte die Erweiterung eines bestehenden Triebstranges auf variable Momentenverteilung innerhalb einer Achse bestehende und bewährte Komponenten des Achsgetriebes nur geringfügig beeinflussen. Es wird ein System vorgestellt, bei dem ein Basis-Achsgetriebe eingesetzt ist, welches eine Trennung der Überlagerungsfunktion vom grundsätzlichen Momentenfluss zur Hinterachse über das Differenzial gewährleistet und somit auch in der Rückfallebene die herkömmliche Standard-Getriebefunktion ohne weitere Beeinträchtigung ergibt. Neben dem Basisachsgetriebe ist ein Kupplungssystem vorgesehen, ferner eine Leistungsmechanik der Überlagerungseinheit. Zu dem Kupplungssystem gehört eine direkt angetriebene eintreibende Verzahnungsstufe, mit der eine Kupplung mitrotiert, und wobei eine zweite Verzahnungsstufe mit der Kupplung kämmt, wobei die zweite Verzahnungsstufe auf Flanschwellen wirkt, die mit den einzelnen Rädern gekoppelt sind.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Art von Torque Vectoring beschränkt, sondern ist stets dann anwendbar, wenn es ermöglicht ist, dass Drehmoment von einer Antriebswelle auf zwei Räder auf zumindest zwei unterschiedliche Weisen verteilt wird, wenn also eine Ungleichverteilung des Drehmoments auf die beiden Räder derselben Achse ermöglicht ist.
Insbesondere ist es bekannt, bei Kurvenfahrten das in der Kurve äußere Rad (kurvenäußeres Rad) mit einem größeren Drehmoment zu beaufschlagen als das in der Kurve innere Rad (kurveninneres Rad): Das kurvenäußere Rad muss einen längeren Weg zurücklegen als das kurveninnere Rad und muss sich daher schneller drehen. Das Gieren wird durch das erhöhte Drehmoment unterstützt. Die Umverteilung des Drehmoments kann innerhalb der Räder einer Achse erfolgen oder von einem Vorderrad auf ein Hinterrad bzw. umgekehrt.
Mit einer Kurvenfahrt-Regelvorrichtung für ein Fahrzeug befasst sich beispielsweise die DE 10 2006 053 107 A1 . Mit der Regelung wird hierbei das Gieren des Fahrzeugs erfasst.
Die DE 10 2005 049 396 A1 offenbart ein Verfahren und System zum Steuern des Sperrgrades einer elektronisch steuerbaren Differenzialsperre, bei der anhand wenigstens einer Fahrzustandsgröße eine Übersteuersituation oder eine Untersteuersituation erkannt wird und gegebenenfalls ein von Null verschiedener Sperrgrad in der Differenzialsperre eingestellt wird.
Im Stand der Technik wird somit grundsätzlich erst dann bei einer Kurvenfahrt für ein höheres Drehmoment auf dem kurvenäußeren Rad gesorgt, wenn sich die Kurvenfahrt bereits auf das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs ausgewirkt hat, vorliegend ein Gieren auftritt oder eine Über- bzw. Untersteuersituation eingetreten ist.
Es sind Fahrerassistenzsysteme bekannt, die die Umgebung des Kraftfahrzeugs erfassen, um so Objekte in der Umgebung des Kraftfahrzeugs und/oder den Verlauf einer vom Kraftfahrzeug befahrene Fahrspur zu erkennen. Ein solches System wird bei einem Verfahren gemäß der DE 10 2006 057 842 A1 eingesetzt: Wenn die Gefahr besteht, dass das Kraftfahrzeug mit einem der erkannten Objekte kollidieren könnte oder die erkannte Fahrspur verlassen könnte, wird ein Querführungssystemeingriff zur Erzeugung eines kurskorrigierenden Systemgiermoments oder einer kurskorrigierenden Systemgierrate ausgelöst.
In der DE 10 2005 018 486 A1 ist davon ausgegangen, dass ein Kraftfahrzeug automatisch gesteuert wird. Hierzu wird eine Referenztrajektorie ermittelt. Bei Abweichung der tatsächlichen Trajektorie des Kraftfahrzeugs von der Referenztrajektorie wird ein der Abweichung entgegenwirkendes Korrektur-Giermoment durch radindividuelles Ansteuern von an den Rädern der angetriebenen Achse des Fahrzeugs wirkenden Radmomenten erzeugt. Die Radmomente werden hierbei durch Einzelradbremsung gesteuert.
Der vorgestellte Stand der Technik bezieht sich nicht auf eine ganz standardmäßige Situation, bei der der Kraftfahrzeugführer das Kraftfahrzeug steuert und es sicher entsprechend dem Straßenverlauf durch eine Kurve lenkt. Entweder greifen die Systeme erst ein, wenn bereits eine negative Folge aufgetreten ist ( DE 10 2006 053 107 A1 : Gieren; DE 10 2005 049 396 A1 : Über- bzw. Untersteuersituation), oder das Verfahren geht davon aus, dass einer Vorgabe gerade nicht gefolgt ist wobei bei dem Verfahren gemäß der DE 10 2006 057 842 A1 ein kurskorrigierender Eingriff erfolgt und bei dem Verfahren aus der DE 10 2005 018 486 A1 eine Abweichung von der Vorgabe bereits eingetreten ist.
Es wäre wünschenswert, könnte auch ein Kraftfahrzeugführer durch Umverteilung des Drehmomentes beim Führen eines Kraftfahrzeugs dann unterstützt werden, wenn er das Kraftfahrzeug sicher durch eine Straßenkurve lenken will, entsprechend seiner Vorgabe.
Die Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der Erfindung durch ein Verfahren zum Verteilen von Drehmoment gemäß Patentanspruch 1 und gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung durch ein Verfahren zum Übertragen von Drehmoment gemäß Patentanspruch 6 gelöst.
Das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt beginnt mit dem Schritt, dass Informationen über das Umfeld des Kraftfahrzeugs gewonnen werden. Sodann erfolgt eine Vorhersage betreffend einen Fahrtweg, den das Kraftfahrzeug wahrscheinlich nachfolgend durchlaufen wird. Daraufhin wird das Drehmoment in Abhängigkeit von der Vorhersage derart verteilt, dass bei Gegebensein einer Vorgabe zum Durchlaufen genau des vorhergesehenen Fahrtwegs die Umsetzung dieser Vorgabe gefördert wird. Wenn also der Fahrtführer eine Vorgabe eingibt, demgemäß er eine Kurve durchfahren möchte, so soll dies durch das Verfahren bereits vorhergesagt sein, und das Verteilen des Drehmoments kann rechtzeitig derart erfolgen, dass das Kraftfahrzeug im Wesentlichen genau die Kurve so fährt, wie es der Fahrer wünscht.
Beim Hauptanwendungsfall der Kurvenfahrt wird somit das in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug liegende Umfeld auf das Vorhandensein einer zu durchfahrenden Kurve untersucht und bei Erfassen einer Kurve zur Förderung der Umsetzung der Vorgabe mehr Drehmoment auf das in der Kurve äußere Rad übertragen als auf das in der Kurve innere Rad, insbesondere der selben Achse.
Beim Verteilen des Drehmoments wird bevorzugt von einer Gleichverteilung ausgegangen, die in der Regel bei Geradeausfahrt vorgesehen ist. Eine von der Gleichverteilung abweichende Verteilung erfolgt dann ummittelbar vor oder mit dem Einsetzen einer Kurvenfahrt.
Alternativ zur Erkennung einer Kurvenfahrt kann auch eine Information über eine Änderung im Straßenbelag erfolgen, insbesondere eine solche, die die beiden Räder einer selben Achse in unterschiedlicher Weise betrifft. Weitere Anwendungsfälle sind möglich.
Darunter, dass die Umsetzung der Vorgabe gefördert wird, lässt sich Verschiedenes verstehen: Zum einen wird eine höhere Stabilität bei der Fahrt des Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Ferner wird auch eine verbesserte Reaktion eines Kraftfahrzeugs auf Lenkvorgaben eines Kraftfahrzeugführers (ein verbessertes Eigenlenkverhalten eines Kraftfahrzeugs) bereitgestellt. Zudem wird eine verbesserte Fahrdynamik bereitgestellt. Diese drei Haupteffekte der Verteilung des Drehmoments können je nach den Umständen insbesondere auch gleichzeitig auftreten.
Das Gewinnen von Informationen über das Umfeld kann in an sich bekannter Weise erfolgen, wobei vorliegend zur Ermittlung eines zukünftigen Fahrtweges insbesondere Bilder gewonnen werden können, die mit Hilfe einer Kamera aufgenommen werden, oder Bildinformationen, die mit Hilfe eines Laserscanners oder sonstigen Abtasters gewonnen werden. Schließlich kann auch ein Radargerät eingesetzt werden. Zusätzlich können alle Arten von Informationen gewonnen werden, aus denen der Straßenverlauf ableitbar ist, oder mit denen gegebenenfalls Hindernisse erkannt werden können. So kann auch ein Positionierungssystem im Zusammenwirken mit einer detaillierten Straßenkarte zur Vorhersage der vorausliegenden Fahrstrecke eingesetzt werden.
Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung werden bei Geradeausfahrt gleiche Anteile des Drehmoments auf die beiden Räder insbesondere einer selben Achse übertragen, und schon vor dem Einsetzen einer Kurvenfahrt oder (spätestens) mit dem Vornehmen eines Lenkeinschlags an den Rädern (typischerweise durch den Fahrzeugführer) zum Zwecke des Durchfahrens einer Kurve wird ein höherer Anteil des Drehmoments auf das kurvenäußere Rad übertragen als das kurveninnere Rad.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit nicht erst abgewartet, bis sich eine Kurvenfahrt auf das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs ausgewirkt hat. Vielmehr erfolgt die Übertragung des Drehmoments von dem einen auf das andere Rad so frühzeitig, dass die Kurve sicher durchfahren werden kann.
Bevorzugt wird dies auch hier dadurch ermöglicht, dass während der Geradeausfahrt die Vorausstrecke vor dem Kraftfahrzeug auf das Vorhandensein von Straßenkurven untersucht wird, damit das Einsetzen einer Kurvenfahrt rechtzeitig, nämlich vorab, erkannt werden kann und so das Verfahren zuverlässig durchführbar ist.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der die einzige Figur ein Flussschaubild zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens in seinen beiden Aspekten gleichzeitig ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist davon ausgegangen, dass ein Kraftfahrzeug ein Torque Vectoring ermöglicht, dass also das Drehmoment, das von einem Motor über eine Antriebswelle bereitgestellt wird, auf zwei Räder einer selben Achse mit einstellbarem Anteil übertragen werden kann.
Das Verfahren beginnt gemäß Schritt S10 mit dem Grundzustand, dass das Drehmoment gleich auf beide Räder verteilt ist. Dies betrifft in der Regel die die Geradeausfahrt.
Während der Fahrt des Kraftfahrzeugs nimmt eine Kamera gemäß Schritt S12 das (Um-)Feld vor dem Kraftfahrzeug auf. Ein Bildverarbeitungssystem kann somit den Straßenverlauf ableiten. Aus dem Straßenverlauf kann die zukünftige Trajektorie des Kraftfahrzeugs gemäß Schritt S14 abgeleitet werden. Unter der zukünftigen Trajektorie wird diejenige Trajektorie verstanden, die das Kraftfahrzeug mit hoher Wahrscheinlichkeit durchläuft. Wenn mehrere Trajektorien möglich sind, wird eine Trajektorie nach dem Grad ihrer Wahrscheinlichkeit ausgewählt.
Anhand der Trajektorie kann nun in Schritt S16 geprüft werden, ob eine Kurvenfahrt bevorsteht. Solange diese Frage mit „Nein” zu beantworten ist, bleibt es bei der Gleichverteilung des Drehmoments, die Kamera nimmt weiterhin das Feld vor dem Kraftfahrzeug auf und leitet die zukünftige Trajektorie ab, und die Prüfung auf die bevorstehende Kurvenfahrt erfolgt dann in einem zeitlichen Abstand abermals.
Sobald erkannt wurde, dass eine Kurvenfahrt bevorsteht, wird gemäß Schritt S18 ein höheres Drehmoment auf das kurvenäußere Rad gegeben als zuvor. Naturgemäß geht dieses Drehmoment dem kurveninneren Rad verloren. Es wird dann geprüft, ob die Kurvenfahrt beendet ist (Schritt S20). Solange dies nicht der Fall ist, bleibt es dabei, dass das Drehmoment auf das kurvenäußere Rad erhöht ist. Sobald die Kurvenfahrt beendet ist, wird wieder zur Gleichverteilung des Drehmoments zurückgekehrt.
Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von bisherigen Techniken dadurch, dass eine Kurvenfahrt bereits vorausgesagt wird, und dass aufgrund der Voraussage der Schritt S18 eingeleitet wird, typischerweise zu einem Zeitpunkt, zu dem sich die Kurvenfahrt noch nicht negativ auf die Stabilität, das Einlenkverhalten und die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs ausgewirkt hat. Dadurch, dass zeitig, z. B. unmittelbar bei Einsetzen der Kurve, das Drehmoment auf das kurvenäußere Rad in Schritt S18 erhöht wird, ist vielmehr für eine besondere Stabilität bei der Fahrt des Kraftfahrzeugs durch die Kurve gesorgt, und das Eigenlenkverhalten des Kraftfahrzeugs ist verbessert. Mit anderen Worten setzt das Kraftfahrzeug die Vorgabe des Fahrzeugführers mit erhöhter Präzision um: Es wird nicht erst ein Gieren oder ein Über- bzw. Untersteuern abgewartet, bevor eine Änderung in der Drehmomentverteilung einsetzt. Vielmehr erfolgt eine Änderung in der Drehmomentverteilung so frühzeitig, dass solche negativen Effekte gar nicht erst auftreten.
Das Verfahren, das vorliegend auf eine Kurvenfahrt bezogen ist, ist auch bezüglich anderer Fahrsituationen einsetzbar, z. B. wenn es um die Veränderung von Fahrbahneigenschaften geht. Auch diese können gegebenenfalls durch geeignete Überwachungsmittel vorausgesehen werden.
Das Torque Vectoring kann auch mit einer Umverteilung des Drehmoments von einem Rad einer ersten Achse auf ein Rad einer zweiten Achse einhergehen. Auch hier kann das vorliegende Verfahren eingesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006053107 A1 [0006, 0011]
DE 102005049396 A1 [0007, 0011]
DE 102006057842 A1 [0009, 0011]
DE 102005018486 A1 [0010, 0011]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ATZ 12/2008, Seiten 1102 bis 1109 [0003]

Claims

Verfahren zum Verteilen von Drehmoment, das von einer Antriebswelle bereitgestellt wird, auf zwei Räder eines Kraftfahrzeugs, mit den Schritten: – Gewinnen (S12) von Informationen über das Umfeld des Kraftfahrzeugs, – Vorhersagen (S14) eines Fahrtwegs, den das Kraftfahrzeug wahrscheinlich nachfolgend durchlaufen wird, – Verteilen (S18) des Drehmoments in Abhängigkeit von der Vorhersage derart, dass bei Gegebensein einer Vorgabe zum Durchlaufen des vorhergesagten Fahrtwegs die Umsetzung der Vorgabe gefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bei dem das in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug liegende Umfeld auf das Vorhandensein einer zu durchfahrenden Kurve untersucht wird, und bei Erfassen einer Kurve zur Förderung der Umsetzung der Vorgabe mehr Drehmoment auf ein in der Kurve äußeres Rad übertragen wird als auf ein in der Kurve inneres Rad.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem beim Verteilen des Drehmoments von einer Gleichverteilung bei Geradeausfahrt (S10) ausgegangen wird und eine von der Gleichverteilung abweichende Verteilung (S18) unmittelbar vor oder mit dem Einsetzen einer Kurvenfahrt erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verteilen des Drehmoments anders als mit einer Gleichverteilung die Umsetzung der Vorgabe fördert durch a) Bereitstellen einer höheren Stabilität bei der Fahrt des Kraftfahrzeugs und/oder b) Bereitstellen einer verbesserten Reaktion des Kraftfahrzeugs auf Lenkvorgaben eines Fahrzeugführers und/oder c) Bereitstellen einer verbesserten Fahrdynamik.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Gewinnen von Informationen über das Umfeld umfasst, dass a) mit einer Kamera Bilder gewonnen werden (S12) und/oder b) mit Hilfe eines Laserscanners Informationen gewonnen werden und/oder c) mit Hilfe eines Radargeräts Informationen gewonnen werden.
Verfahren zum Übertragen von Drehmoment, welches von einer Antriebswelle bereitgestellt wird, auf zwei Räder, insbesondere einer selben Achse, in einem Kraftfahrzeug, bei dem bei Geradeausfahrt gleiche Anteile des Drehmoments auf die beiden Räder übertragen werden und bei dem schon vor dem Einsetzen einer Kurvenfahrt oder mit dem Vornehmen eines Lenkeinschlags an den Rädern zum Durchfahren einer Kurve ein höherer Anteil des Drehmoments auf das kurvenäußere Rad übertragen wird als auf das kurveninnere Rad.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem während der Geradeausfahrt die Vorausstrecke vor dem Kraftfahrzeug auf das Vorhandensein von Straßenkurven untersucht wird.