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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Antriebsmomentenverteilung an zumindest zwei angetriebenen Rädern eines Fahrzeugs.
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Stand der Technik
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Bekannt sind Fahrerassistenzsysteme wie zum Beispiel ESP (elektronisches Stabilitätsprogramm) oder Traktionskontrollsysteme, die in den fahrdynamischen Zustand des Fahrzeuges eingreifen, wenn eine oder mehrere Zustandsgrößen außerhalb zulässiger Wertebereiche liegen. Derartige Fahrerassistenzsysteme messen mittels einer Sensorik Zustandsgrößen, die in einem mathematischen Modell weiterverarbeitet werden, wobei der Eingriff in das Fahrzeug über einen geschlossenen Regelkreis erfolgt, beispielsweise zur Stabilisierung des Fahrzeugs durch Rücknahme von Antriebsmomenten bzw. dem Erzeugen von Bremsmomenten.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Antriebsmomente im Fahrzeug in effizienter und einfach zu realisierender Weise auf verschiedene Achsen bzw. Räder zu verteilen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können Antriebsmomente zwischen mindestens zwei angetriebenen Rädern eines Fahrzeuges verteilt werden. Die Räder können sich entweder an unterschiedlichen Achsen befinden, wobei in diesem Fall vorzugsweise eine achsweise Momentenverteilung durchgeführt wird, oder es wird ungeachtet der Position der Räder an gemeinsamen oder an unterschiedlichen Achsen radweise eine Momentenverteilung durchgeführt, wobei im letztgenannten Fall vorzugsweise eine Radmomentenverteilung zwischen allen vier Rädern des Fahrzeuges durchgeführt wird. Es kommt sowohl eine Verteilung von positiven Antriebsmomenten, welche das Fahrzeug beschleunigen, als auch von negativen Antriebsmomenten, also Bremsmomenten in Betracht.
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Die Momentenverteilung erfolgt in einer nicht-geregelten Weise, sie ist einem eventuell stattfindenden Regeleingriff eines Fahrerassistenzsystems vorgelagert. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass noch vor einem Regeleingriff eine optimierte Momentenverteilung zwischen den Achsen bzw. Rädern erfolgt. Es treten zu diesem Zeitpunkt noch keine Situationen mit einer Momentenverteilung als Folge eines Regeleingriffes auf, die aufgrund der Momentenbeeinflussung an einem Rad- bzw. einer Achse die Fahrdynamik beeinflussen können.
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Bei dem Verfahren wird zunächst in einem ersten Schritt pro Achse oder Rad das maximale Antriebsmoment ermittelt, das ohne Beeinträchtigung der Stabilität an der betreffenden Achse bzw. dem betreffenden Rad übertragbar ist. Anschließend wird in einem zweiten Schritt das tatsächliche, an der Achse bzw. dem Rad anliegende Antriebsmoment unter Berücksichtigung des Fahrerwunschmomentes, welches der Fahrer vorgibt, und des Verhältnisses der maximalen Antriebsmomente pro Achse bzw. Rad ermittelt. Da die Stabilität berücksichtigt wird, erfolgt die Momentenverteilung in der Weise, dass das Fahrzeug sich mit dem Aufbringen des tatsächlichen Momentes stabil verhält. Die Verteilung des Fahrerwunschmomentes, das vom Fahrer vorgegeben wird, erfolgt als Funktion des Verhältnisses der maximalen Antriebsmomente zwischen zwei Achsen bzw. Rädern.
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Mit dieser Vorgehensweise ist zum einen sichergestellt, dass die Stabilitätsgrenze an jeder Achse bzw. jedem Rad, welches mit Antriebsmoment beaufschlagt wird, nicht überschritten wird, so dass das Fahrzeug ein stabiles Fahrverhalten aufweist. Zum andern wird auch ohne Regeleingriff eine implizite Torque-Vectoring-Funktion realisiert, da beispielsweise bei Kurvenfahrten, bei denen das kurvenäußere Rad höher belastet ist und höhere Momente übertragen kann, eine Verteilung der Momente zugunsten des kurvenäußeren Rades erfolgt. Gegebenenfalls kann mit vorliegendem Verfahren auch eine aktive, explizite Torque-Vectoring-Funktion unterstützt werden, bei der die Beeinflussung der Momentenverteilung über ein Fahrerassistenzsystem, beispielsweise ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) erfolgt, indem durch den Eingriff des Fahrerassistenzsystem ein maximales Moment an einer Seite reduziert wird, woraufhin über das erfindungsgemäße Verfahren ein Moment zur anderen Seite übertragen wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich unabhängig von einem Regeleingriff über ein Fahrerassistenzsystem und wird insbesondere der Überwachungsfunktion eines Fahrerassistenzsystems vorgeschaltet. Somit wird zunächst das pro Achse bzw. Rad zulässige maximale Moment bestimmt, anschließend das Moment unter Berücksichtigung des Fahrerwunschmomentes und des Verhältnisses der maximalen Antriebsmomente verteilt und im weiteren Verlauf über ein Fahrerassistenzsystem wie zum Beispiel ESP der Fahrzustand des Fahrzeugs fortlaufend überwacht, wobei ein Regeleingriff durchgeführt wird, falls eine oder mehrere Zustandsgrößen des Fahrzeugs zulässige Schwellenwerte überschreiten.
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Zweckmäßigerweise wird ein Sicherheitspuffer bei dem maximal übertragbaren Antriebsmoment berücksichtigt, um sicherzustellen, dass bei der Momentenverteilung ein ausreichender Abstand zur Stabilitätsgrenze eingehalten wird. Es kann zweckmäßig sein, an allen Achsen bzw. Rädern, welche der Momentenverteilung unterliegen, den gleichen Sicherheitspuffer vorzugeben, um zu gewährleisten, dass an den Achsen bzw. Rädern gleiche Verhältnisse herrschen. Dies hat außerdem den Vorteil, dass im Falle eines Regeleingriffes durch ein Fahrerasstenzsystem zumindest annähernd gleiche Momente an den verschiedenen Achsen bzw. Rädern des Fahrzeuges herrschen und der Regeleingriff keine oder nur geringfügige dynamische Auswirkungen auf das Fahrverhalten des Fahrzeuges hat. Es erfolgt üblicherweise ein zumindest annähernd zeitgleicher Regeleingriff an den verschiedenen Achsen bzw. Fahrzeugrädern.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung kann die Antriebsmomentenverteilung geändert werden, falls an einer Achse bzw. Rad das tatsächliche Antriebsmoment nicht gestellt werden kann. In diesem Fall wird der nicht-stellbare Momentenan- teil auf die weitere Achse bzw. mindestens ein weiteres Rad verteilt. Derartige Situationen können auftreten, wenn ein hohes Fahrerwunschmoment vorgegeben wird, welches in der Aufteilung auf die verschiedenen Achsen bzw. Räder zu einem tatsächlichen Antriebsmoment führen würde, das das maximal erlaubte, innerhalb der Stabilitätsgrenzen liegende Antriebsmoment übersteigt. Durch die Verteilung auf die weitere Achse bzw. die weiteren Räder kann gegebenenfalls das Fahrerwunschmoment durch die Summe der einzelnen Antriebsmomente auf den verschiedenen Achsen bzw. Fahrzeugrädern wie gewünscht umgesetzt werden. Sollte dagegen auch an der weiteren Achse bzw. den weiteren Rädern das maximal zulässige Antriebsmoment überschritten werden, erfolgt eine Deckelung bzw. Reduzierung des Fahrerwunschmomentes auf einen maximal möglichen Wert.
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Die Begrenzung kann auch durch das maximal von einem Antriebsmotor an der betreffenden Achse bzw. Rad abgebbaren Moment veranlasst sein. Falls das tatsächliche Moment nach der ersten Momentenverteilung größer ist als das vom Motor erzeugbare Moment, erfolgt eine zweite Verteilung mit höherem Anteil des Momentes an der weiteren Achse bzw. dem weiteren Rad. Gleiches gilt im Falle von Bremsmomenten.
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Des Weiteren kann eine abweichende Momentenverteilung angezeigt sein, wenn ein auf das Fahrzeug wirkendes Giermoment einen Grenzwert überschreiten würde. In diesem Fall wird das tatsächliche Antriebsmoment pro Achse bzw. Rad so verteilt, dass – unter Berücksichtigung der Stabilitätsgrenze – das auf das Fahrzeug wirkende Giermoment innerhalb zulässiger Grenzen liegt.
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Zusätzlich können bei der Momentenverteilung weitere Fahrzeugzustandsgrößen berücksichtigt werden, beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit. Es kann zum Beispiel angezeigt sein, bei einer abweichenden Momentenverteilung aufgrund eines Giermomentes den Giermoment-Grenzwert geschwindigkeitsabhängig festzulegen.
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Das maximal übertragbare Antriebsmoment, welches ohne Beeinträchtigung der Stabilität an der Achse bzw. dem Rad anliegen darf, wird vorzugsweise aus gemessenen und/oder geschätzten Fahrzeugzustandsgrößen ermittelt. Die Messung kann mittels der Sensorik eines Fahrerassistenzsystems, beispielsweise der ESP-Sensorik erfolgen. Bei der Messung werden insbesondere die aktuellen Radschlupfwerte ermittelt und ausgewertet, gegebenenfalls auch sonstige Zustandsgrößen, insbesondere querdynamische Zustandsgrößen wie beispielsweise die Querbeschleunigung oder die Gierrate.
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Die Ermittlung der maximal zulässigen Antriebsmomente, die Momentenverteilung sowie die gegebenenfalls durchgeführte Begrenzung erfolgt vorzugsweise fortlaufend während des Fahrbetriebs. Eine gegebenenfalls durchgeführte Fahrzeugregelung, welche insbesondere zur Stabilisierung für den Fall durchgeführt wird, dass das Fahrzeug die Stabilitätsgrenze erreicht, wird aufbauend auf der aktuellen Momentenverteilung und ebenfalls fortlaufend durchgeführt.
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Bei achsweiser Momentenverteilung wird das tatsächliche Antriebsmoment unter Berücksichtigung des Verhältnisses der maximal zulässigen Antriebsmomente pro Achse und unter Berücksichtigung des Fahrerwunschmomentes ermittelt. Bei radweiser Momentenverteilung, bei der an jedem Rad ein Antriebsmoment vorgegeben wird, wird ebenfalls zunächst die achsweise Momentenverteilung durchgeführt und anschließend die Momentenverteilung am linken und rechten Fahrzeugrad pro Achse.
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Das Verfahren kann in einem Regel- bzw. Steuergerät durchgeführt werden, das gegebenenfalls Bestandteil eines Fahrerassistenzsystems im Fahrzeug ist.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, die ein Blockschaltbild zur Durchführung des Verfahrens zur Antriebsmomentenverteilung darstellt.
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Im Block 1 des Blockschaltbilds werden zunächst die maximal möglichen Antriebsmomente Mmax,v und Mmax,h an der Vorderachse und der Hinterachse des Fahrzeuges ermittelt. Die Antriebsmomente Mmax,v, Mmax,h stellen diejenigen Antriebsmomente dar, die ohne Beeinträchtigung der Stabilität an der Vorderachse und der Hinterachse anliegen dürfen. Die Antriebsmomente Mmax,v und Mmax,h orientieren sich an den Antriebsmomenten, welche an der Stabilitätsgrenze herrschen, wobei aus Sicherheitsgründen ein Sicherheitsabschlag bzw. Sicherheitspuffer berücksichtigt wird, so dass nicht das gesamte Antriebsmomentenpotenzi- al ausgeschöpft wird. Der Sicherheitsabschlag bzw. Sicherheitspuffer ist zweckmäßigerweise für beide Achsen identisch.
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Ermittelt wird das maximal übertragbare Antriebsmoment Mmax,v, Mmax,h aus gemessenen, aktuellen Radschlupfwerten, welche beispielsweise mittels einer ESP-Sensorik gemessen werden. Zusätzlich können auch querdynamische Zustandsgrößen wie die Querbeschleunigung und die Gierrate bei der Ermittlung der maximal zulässigen Antriebsmomente berücksichtigt werden.
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Nachdem die maximal zulässigen Antriebsmomente M
max,v, M
max,h an der Vorderund Hinterachse feststehen, wird im nächsten Block
2 das tatsächliche Antriebsmoment M
v an der Vorderachse und M
h an der Hinterachse unter Berücksichtigung des vom Fahrer vorgegebenen Fahrerwunschmomentes M
driver ermittelt. Hierbei wird gemäß den Beziehungen
auch das Verhältnis der maximal zulässigen Antriebsmomente M
max,v und M
max,h an der Vorder- und Hinterachse zueinander berücksichtigt.
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Im nächsten Block 3 erfolgt eine Begrenzung des tatsächlichen Antriebsmomentes Mv bzw. Mh an der Vorder- bzw. Hinterachse für den Fall, dass das Antriebsmoment durch den an der jeweiligen Achse wirkenden Antriebsmotor nicht gestellt werden kann, weil das angeforderte Antriebsmoment das Motormoment übersteigt. In diesem Fall wird die Momentenverteilung zwischen den Achsen geändert, wobei diejenige Achse mit einem zusätzlichen Moment beaufschlagt wird, das seiner Höhe nach bei der anderen Achse reduziert wird, so dass die Summe der an den Momenten wirkenden Antriebsmomente gleichbleibt und das sich aus der Summe zusammensetzende Fahrerwunschmoment Mdriver realisiert werden kann.
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Zusätzlich können weitere Beschränkungen bei der Momentenverteilung berücksichtigt werden, beispielsweise ein maximal auf das Fahrzeug wirkendes Giermoment, welches nicht überschritten werden darf. Auch in diesem Fall wird die Momentenverteilung so geändert, dass das resultierende Giermoment unterhalb des Schwellenwertes liegt.
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Schließlich muss auch sichergestellt sein, dass die Momentenanforderung durch das Fahrerwunschmoment und die Aufteilung auf die Achsen nicht zu einer Überschreitung des maximal erlaubten Momentes führt. Gegebenenfalls kann der Sicherheitspuffer reduziert werden, es darf jedoch das an der Stabilitätsgrenze wirkende Moment nicht überschritten werden. In diesem Fall muss das Fahrerwunschmoment auf ein maximal zulässiges Gesamtmoment reduziert werden. Dies erfolgt aber zweckmäßigerweise in einer nachgeschalteten Fahrzeugregelung eines Fahrerassistenzsystems, beispielsweise eines ESP-Systems.
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Das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel bezieht sich auf den achsweisen Antrieb eines Fahrzeuges. Grundsätzlich ist das Verfahren auch auf den Antrieb von allen vier Rädern eines Fahrzeuges anwendbar. In diesem Fall erfolgt die Momentenverteilung radweise, wobei zunächst wie vorbeschrieben eine achsweise Momentenverteilung mit tatsächlichem Antriebsmoment M
v an der Vorderachse und M
h an der Hinterachse durchgeführt wird und darauf aufbauend gemäß
das Radmoment M
vl vorne links, das Radmoment M
vr vorne rechts, das Radmoment M
hl hinten links und das Radmoment M
hr hinten rechts berechnet wird. Damit steht die Momentenverteilung für alle vier antreibbaren Räder des Fahrzeuges zur Verfügung.
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Die Begrenzung für den Fall, dass an einem oder mehreren Rädern das geforderte Moment nicht vom Antriebsmotor gestellt werden kann bzw. für den Fall, dass eine Beschränkung aufgrund eines zu hohen Giermomentes erfolgt, wird wie beim ersten Ausführungsbeispiel, das sich auf die achsweise Verteilung bezieht, durchgeführt.
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Sofern eine Begrenzung, welche mit einer Änderung der Momentenverteilung einhergeht, erfolgt, wird zweckmäßigerweise sowohl der Übergang von der regelmäßigen Momentenverteilung zur besonderen Momentenverteilung als auch umgekehrt in einer stetigen Weise durchgeführt, beispielsweise rampenförmig.
das Radmoment Mvl vorne links, das Radmoment Mvr vorne rechts, das Radmoment Mhl hinten links und das Radmoment Mhr hinten rechts berechnet wird. Damit steht die Momentenverteilung für alle vier antreibbaren Räder des Fahrzeuges zur Verfügung.
