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DE102005025617B4 - Steuereinrichtung für ein Antriebssystem in einem Kraftfahrzeug mit einem variablen Allradantrieb - Google Patents

Steuereinrichtung für ein Antriebssystem in einem Kraftfahrzeug mit einem variablen Allradantrieb Download PDF

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Abstract

Steuereinrichtung (8) für ein Antriebssystem in einem Kraftfahrzeug mit einem Allradantrieb mit einer variablen Antriebsdrehmomentverteilung zwischen Vorderachse (VA) und Hinterachse (HA), umfassend einen Antriebsstrang mit einer Antriebseinrichtung (2) zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments, und mit einer Momentenverteilungseinrichtung (6), mittels der das erzeugte Antriebsdrehmoment anteilig zwischen Vorderachse (VA) und Hinterachse (HA) aufteilbar ist, wobei die Steuereinrichtung (8) zur Ansteuerung der Momentenverteilungseinrichtung (6) derart ausgebildet ist, dass im Falle einer Bremsanforderung, für den Fall, dass keine Momentenverteilung mit maximalem Bremsmoment vorliegt, eine Momentenverteilung automatisch einstellbar ist, die dazu führt, dass das auf die Fahrbahn übertragbare Bremsmoment der Antriebseinrichtung (2) erhöht wird, indem zumindest eine elektrische Maschine vorhanden ist, deren Bremsmoment im generatorischen Betrieb durch die über die Steuereinrichtung ansteuerbare Momentenverteilungseinrichtung (6) gezielt zwischen Vorder- und Hinterachse des Fahrzeugs verteilt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für ein Antriebssystem in einem Kraftfahrzeug mit einem variablen Allradantrieb. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Antriebssystem bei einem Allradfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine als Hauptantriebsquelle und einer elektrischen Maschine zur Erzeugung zumindest eines zusätzlichen Bremsmomentes und damit zur Erzeugung rekuperativer elektrischer Energie zur Speicherung in einem elektrischen Energiespeicher.
  • Es sind sowohl frontangetriebene als auch heckangetriebene Fahrzeuge bekannt, die, durch manuelle oder automatische Zuschaltung der Hinterachse bzw. Zuschaltung der Vorderachse als angetriebene Achse, in einem Vierrad- bzw. Allradantriebbetrieb betreibbar sind, und die ausgehend von dem Allradantriebbetrieb durch entsprechende manuelle oder automatische Abschaltung einer Antriebsachse wieder in einem Zweiachs- bzw. Einachsantriebbetrieb (Vierrad- bzw. Zweiradbetrieb) betreibbar sind.
  • In der Fachzeitschrift ATZ, 2/2004, Jahrgang 106, Seite 92 - 102 ist unter dem Titel - xDrive, Der neue Allradantrieb im BMW X3 und BMW X5 - ein variabler Allradantrieb beschrieben, bei dem mittels einem Verteilergetriebe mit steuerbarer Kupplung eine vollvariable Momentenverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse ermöglicht ist.
  • Weiterhin ist aus der DE 697 07 383 T2 eine Antriebsanordnung mit einer auf eine Fahrzeugachse wirkenden Brennkraftmaschine und mit zwei, jeweils einer Fahrzeugachse zugeordneten elektrischen Maschinen bekannt, bei der über die elektrischen Maschinen in Abhängigkeit vom Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers während eines Bremsvorgangs ein auf die jeweilige Fahrzeugachse wirkendes Bremsmoment bereitgestellt wird.
  • Des Weiteren ist aus der DE 199 09 809 A1 ein Verfahren zur Steuerung der Bremsenergie eines Fahrzeugs bekannt, bei dem während eines Bremsvorgangs bei nicht betätigtem Bremspedal die erforderliche Bremsenergie gemeinsam durch die Betriebsbremse und eine regenerative Bremse (elektrische Maschine) aufgebracht wird.
  • Die DE 103 41 678 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren, bei der bzw. bei dem ein Bremsvorgang anteilig durch Nutzbremsung mittels einer elektrischen Maschine und anteilig durch Reibbremsung mittels einer Betriebsbremse erfolgt. Hier wird während des Bremsvorgangs ein Über- oder Untersteuern des Fahrzeugs erfasst und zum Zwecke der Verbesserung der Steuerbarkeit des Fahrzeugs das auf eine erste Achse wirkende Nutzbremsmoment mittels dem auf eine andere Achse wirkenden Reibbremsmoment ausgeglichen. Die Bremsen für Nutzbremsmoment und für Reibbremsmoment befinden sich hierfür auf unterschiedlichen Fahrzeugachsen.
  • Zum weiteren technischen Hintergrund wird auf die DE 103 19 108 A1 und die US 6,464,608 hingewiesen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Steuereinrichtung für ein Antriebssystem anzugeben, welches im Hinblick auf Verschleiß der Bremsanlage und im Hinblick auf die Energiebilanz des Fahrzeugs verbessert ist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, während in den Unteransprüchen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung angegeben sind.
  • Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung bzw. das erfindungsgemäße Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit variablem Allradantrieb umfasst eine Antriebseinrichtung zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments, eine Momentenverteilungseinrichtung zur gezielten Verteilung des Antriebsdrehmoments sowie eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Momentenverteilungseinrichtung. Unter einem variablen Allradantrieb im Sinne der Erfindung sind sowohl Antriebe zu verstehen, bei denen eine einfache Umschaltung zwischen Zweiradantrieb und Vierradantrieb mit unveränderbar vordefinierter Momentenverteilung im Vierradbetrieb eingestellt ist, als auch Antriebe, bei denen eine Momentenverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse (bzw. zwischen den Antriebsrädern) vollvariabel (zwischen 0 und 100%) einstellbar ist. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung derart ausgebildet, dass im Falle einer Bremsanforderung der Allradantrieb derart aktiviert wird, dass ein erhöhtes Bremsmoment allein durch den Antrieb (unter Nichtbeachtung der Betriebsbremse) realisierbar ist. Hierfür wird über die Steuereinrichtung die Momentenverteilungseinrichtung derart angesteuert, dass im Falle einer Bremsanforderung - für den Fall, dass nicht bereits eine Momentenverteilung eingestellt ist, die ein maximales Bremsmoment (bzw. eine maximale Übertragung der Bremskraft) gewährleistet - eine automatische Einstellung der Verteilung der Antriebsmomente und damit der Bremsmomente (Motorbremsbetrieb) erfolgt, so dass das auf die Fahrbahn übertragbare Bremsmoment (bzw. die übertragbare Bremskraft) erhöht wird.
  • In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umfasst die Antriebseinrichtung eine Brennkraftmaschine und/oder eine generatorisch als auch motorisch betreibbare elektrische Maschine. Mit Vorteil ist zumindest eine elektrische Maschine vorhanden, deren Bremsmoment im generatorischen Betrieb durch die über eine Steuereinrichtung ansteuerbare Momentenverteilungseinrichtung gezielt zwischen Vorder- und Hinterachse des Fahrzeugs verteilt wird. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine zusätzlich zu der als Hauptantriebsquelle dienenden Brennkraftmaschine vorgesehen.
  • Die Momentenverteilungseinrichtung ist vorzugsweise als Verteilergetriebe mit steuerbarer Kupplung ausgebildet, wie es bereits im eingangs zitierten ATZ-Artikel beschrieben wird. Gemäß der Ausführung einer solchen Momentenverteilungseinrichtung wird an dieser Stelle in vollem Umfang den ATZ-Artikel xDrive (Fachzeitschrift ATZ, 2/2004, Jahrgang 106, Seite 92 - 102 - xDrive, Der neue Allradantrieb im BMW X3 und BMWX5) Bezug genommen. Gemäß der Erfindung ist die Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Momentenverteilungseinrichtung zur gezielten Verteilung der (Motor-) Bremsmomente wie vorstehend und im Folgenden beschrieben ausgebildet.
  • In einer anderen Ausführung kann, anstelle der einen zentralen elektrischen Maschine, deren zentrales Bremsmoment über die als Verteilergetriebe mit steuerbarer Kupplung ausgebildete Momentenverteilungseinrichtung gezielt verteilt wird, auch jeder Antriebsachse (oder jedem Antriebsrad) eine separate elektrische Maschine zugeordnet sein, die im Bedarfsfall (Bremsvorgang) zur Erzeugung eines Bremsmomentes über eine Steuereinrichtung unterschiedlich bzw. unabhängig angesteuert werden.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    • 1: ein Antriebssystem gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung, und
    • 2: die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Antriebssystems in einer möglichen Ausführungsform anhand eines Funktionsablaufplans.
  • 1 zeigt ein Antriebssystem gemäß der Erfindung in einer möglichen Ausführungsform mit einem Antriebsstrang umfassend: eine Antriebseinheit 2 mit Brennkraftmaschine 2a und elektrischer Maschine 2b, eine manuell oder automatisiert ausgebildete Getriebeeinheit 4 sowie eine als Verteilergetriebe mit steuerbarer Kupplung ausgebildete Momentenverteilungseinrichtung 6. Die Momentenverteilungseinrichtung wird hier über eine Steuereinrichtung 8 angesteuert, welche an ein CAN-Bussystem oder dergleichen angebunden ist. Die Steuereinrichtung 8 ist gemäß der Erfindung derart ausgebildet, dass bei einer erkannten Bremsanforderung (insbesondere eine aktive Bremsanforderung in Form eines manuell durch den Fahrer oder eines automatisiert durch ein Fahrerassistenzsystem erzeugten Bremsbefehls) automatisch eine Momentenverteilung über die Momentenverteilungseinrichtung 6 eingestellt wird, die eine, im Hinblick auf den vorzunehmenden Bremsvorgang optimierte Verteilung der, durch die Antriebseinheit erzeugten Bremsmomente (Motorbremsmomente) gewährleistet. Somit wird bei jedem Bremsvorgang gewährleistet, dass das durch die Antriebseinheit erzeugte Bremsmoment bestmöglich genutzt wird, also stets das maximal mögliche Bremsmoment bzw. die maximal mögliche Bremskraft auf die Fahrbahn übertragen wird. Hierdurch wird erreicht, dass die Betriebsbremse weniger als bei bekannten Systemen in Betrieb genommen werden muss und so der Verschleiß des Betriebsbremssystems verringert wird. Die Momentenverteilung kann in Abhängigkeit von Betriebsparametern, insbesondere i.A.v. Betriebsparametern P1, ..., Pn die eine Abhängigkeit zur Querdynamik bzw. - beschleunigung des Fahrzeugs aufweisen, erfolgen.
  • Durch die Nutzung der rekuperativen Energie, die dadurch erzeugt wird, dass während des Bremsvorgangs die elektrische Maschine 2b im generatorischen Betrieb arbeitet und so einerseits zusätzliches Bremsmoment generiert und andererseits elektrische Energie erzeugt, kann eine zusätzliche Verbrauchsreduzierung erreicht werden. Zur Zwischenspeicherung der elektrischen Energie ist ein Energiespeicher ES mit elektrochemischen und/oder kapazitiven Energiespeicherelementen vorgesehen.
  • Die das Antriebsmoment bzw. ein Motorbremsmoment (je nach Betriebszustand) erzeugende Antriebseinrichtung ist im dargestellten Ausführungsbeispiel über das Verteilergetriebe der Momentenverteilungseinrichtung 6 mittels einer ersten Antriebswelle AW1 mit der Hauptantriebsachse des Fahrzeugs (hier: Hinterachse HA) verbunden und mittels einer zweiten Antriebswelle AW2 mit einer weiteren Antriebsachse (hier. Vorderachse VA) zum Zwecke des Antriebs verbunden.
  • Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung 8 kann als einzelnes Steuergerät oder als Steuergeräteverbund bei dem in unterschiedlichen Steuergeräten modular einzelne Steuerfunktionen hinterlegt sind, ausgebildet sein. Vorliegend ist die erfindungsgemäße Funktionalität in einem separaten Steuergerät zur Ansteuerung der Momentenverteilungseinrichtung 6 angeordnet.
  • Neben der dargestellten Ausführung eines erfindungsgemäßen Antriebssystems mit einer zentralen elektrischen Maschine zur Erzeugung eines Antriebs- bzw. Bremsmoments - welches über eine, als Verteilergetriebe mit steuerbarer Kupplung ausgebildete, Momentenverteilungseinrichtung 6 gezielt zur Erzeugung eines maximalen (Motor-)Bremsmoments verteilt wird - sind andere Anordnungen von Antriebssystemen im Rahmen der Erfindung denkbar. Beispielsweise könnte anstelle oder zusätzlich zu der zentralen elektrischen Maschine 2b jeder Antriebsachse oder jedem Antriebsrad eine separate elektrische Maschine 2b' zugeordnet sein, die über eine Steuereinrichtung dann zum Zwecke der Momentenverteilung für ein maximal mögliches (Motor-)Bremsmoment angesteuert werden.
  • 2 veranschaulicht im Rahmen eines Funktionsablaufplans das erfindungsgemäße Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform. Ausgehend vom Start des Kraftfahrzeugs, beispielsweise durch Starten der Brennkraftmaschine, wird überwacht, ob ein Bremswunsch (Bremsanforderung manuell durch Fahrer oder automatisch durch Fahrerassistenzsystem) vorliegt oder nicht (Schritt S1). Wird ein Bremswunsch erkannt, wird geprüft, ob das Bremspedal betätigt ist oder ob eine Anforderung aus einem Fahrerassistenzsystem vorliegt (Schritt S2). Ist dies nicht der Fall, wird zurückverzweigt und weiter das Vorliegen eines Bremswunsches überwacht. Wurde das Bremspedal betätigt oder liegt eine Bremsanforderung aus einem Fahrerassistenzsystem vor, wird geprüft, ob die angeforderte Bremsleistung bzw. das angeforderte Bremsmoment größer ist als jenes, welches durch Bremsenergierückgewinnung (BERG) ohne Allradbetrieb bzw. bei aktiviertem Allrad, ob das Bremsmoment größer ist als jenes, welches mit der vorliegenden Momentenverteilung bereitgestellt werden kann (Schritt S3). Ist dies nicht der Fall, und das geforderte Bremsmoment kann ausschließlich durch Bremsenergierückgewinnung ohne Allradantrieb (also bei lediglich einer angetriebenen Achse und lediglich der bzw. jeder mit dieser angetriebenen Achse gekoppelten elektrischen Maschine im Generatorbetrieb) bzw. mit der vorliegenden Momentenverteilung bereitgestellt werden, erfolgt eine Bremsung mit der vorliegenden Momentenverteilung. Ist das angeforderte Bremsmoment größer, als jenes, welches durch Bremsenergierückgewinnung ohne Allradbetrieb bzw. mit der vorliegenden Momentenverteilung bereitgestellt werden kann, wird geprüft, ob durch eine Umschaltung auf Allradantrieb bzw. eine andere Einstellung der Momentenverteilung das angefordert Bremsmoment bereitgestellt werden kann (Schritt S4). Kann bei Allradbetrieb bzw. mit einer optimierten Einstellung der Momentenverteilung das geforderte Bremsmoment bereitgestellt werden, wird auf Allrad umgeschaltet bzw. die optimierte Einstellung der Momentenverteilung eingestellt und ein rein rekuperativer Bremsvorgang eingeleitet. Ist hingegen die Bremsanforderung größer als das maximale Bremsmoment, welches mittels der Bremswirkung der Antriebseinheit bereitstellbar ist, wird ebenfalls auf Allradbetrieb umgeschaltet bzw. eine Momentenverteilung mit maximalem Bremsmoment eingestellt und die Bremsmomentdifferenz durch die Betriebsbremse bereitgestellt.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird mit Vorteil eine Verbrauchsreduzierung aufgrund der erhöhten Bremsenergierückgewinnung erzielt. Auch ist ein deutlich geringerer Verschleiß der Betriebsbremse zu erwarten und gegebenenfalls sogar die Verwendung einer kleiner dimensionierten Betriebsbremse möglich.

Claims (3)

  1. Steuereinrichtung (8) für ein Antriebssystem in einem Kraftfahrzeug mit einem Allradantrieb mit einer variablen Antriebsdrehmomentverteilung zwischen Vorderachse (VA) und Hinterachse (HA), umfassend einen Antriebsstrang mit einer Antriebseinrichtung (2) zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments, und mit einer Momentenverteilungseinrichtung (6), mittels der das erzeugte Antriebsdrehmoment anteilig zwischen Vorderachse (VA) und Hinterachse (HA) aufteilbar ist, wobei die Steuereinrichtung (8) zur Ansteuerung der Momentenverteilungseinrichtung (6) derart ausgebildet ist, dass im Falle einer Bremsanforderung, für den Fall, dass keine Momentenverteilung mit maximalem Bremsmoment vorliegt, eine Momentenverteilung automatisch einstellbar ist, die dazu führt, dass das auf die Fahrbahn übertragbare Bremsmoment der Antriebseinrichtung (2) erhöht wird, indem zumindest eine elektrische Maschine vorhanden ist, deren Bremsmoment im generatorischen Betrieb durch die über die Steuereinrichtung ansteuerbare Momentenverteilungseinrichtung (6) gezielt zwischen Vorder- und Hinterachse des Fahrzeugs verteilt wird.
  2. Steuereinrichtung (8) für ein Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (2) eine Brennkraftmaschine (2a) und/oder elektrische Maschinen (2b; 2b') umfasst, wobei jeder Antriebsachse oder jedem Antriebsrad eine separate elektrische Maschine zugeordnet ist, die im Bedarfsfall zur Erzeugung eines Bremsmomentes über die Steuereinrichtung (8) unabhängig angesteuert werden.
  3. Steuereinrichtung (8) für ein Antriebssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Momentenverteilungseinrichtung (6) ein Verteilergetriebe und eine steuerbare Kupplung aufweist.
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