Beschreibung

Titel

Fahrdynamikregelung für allradgetriebene Fahrzeuge

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stabilisieren eines allradgetriebenen Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein Steuergerät mit einer solchen Funktion gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.

Allradgetriebene Fahrzeuge, auf die im Folgenden Bezug genommen wird, umfassen eine im Antriebsstrang angeordnete Kupplung, die auch als Mittensperre bezeichnet wird. Bekannte Mittensperren sind oftmals als VISCO- oder als Klauenkupplungen ausgebildet, die im Falle der VISCO-Kupplung stufenlos und im Falle der Klauenkupplung zwischen einer gesperrten und einer geöffneten Position umgeschaltet werden können. In der gesperrten Position ist die Verbindung starr, so dass das Antriebsmoment von der angetriebenen Seite vollständig auf die abgetriebene Seite übertragen wird. In der geöffneten Stellung sind Vorder- und Hinterachse entkoppelt, so dass das Fahrzeug mit nur einer angetriebenen Achse betrieben werden kann.

Zur Stabilisierung eines Fahrzeugs in kritischen Fahrsituationen, wie z. B. beim überoder Untersteuern in Kurvenfahrten, ist es bekannt, eine Fahrdynamikregelung (z. B. ESP) durchzuführen, bei der einzelne Räder individuell abgebremst werden. Bei allradgetriebenen Fahrzeugen ist die Verwendung von Fahrdynamikreglern jedoch nur bedingt möglich, da die beiden Achsen des Fahrzeugs miteinander relativ starr verkoppelt sind und die an einem Rad ausgeübten Momente auf die anderen Räder zurückwirken. Voraussetzung für die Anwendung eines Schlupfreglers ist jedoch, dass einzelne Radmomente individuell eingestellt werden können. Bekannte Schlupfregler sind somit bei Allradfahrzeugen nur bedingt einsetzbar.

Offenbarung der Erfindung

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fahrdynamikregelung zu schaffen, die auch bei allradgetriebenen Fahrzeugen einsetzbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patenanspruch 1 sowie im Patentanspruch 10 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, die Mittensperre in einer kritischen Fahrsituation wenigstens teilweise zu lösen (entsperren) und somit eine Rückwirkung auf die andere Achse zu reduzieren. Gemäß der Erfindung wird der Fahrbetrieb in Bezug auf das Vorliegen einer kritischen Fahrsituation überwacht und die Mittensperre in einer solchen Fahrsituation angesteuert, so dass die Sperrwirkung der Mittensperre wenigstens teilweise aufgehoben wird. Dadurch wird es möglich, an einzelnen Rädern des Fahrzeugs eine Schlupfregelung ohne Rückwirkung auf die Räder der anderen Achse durchzuführen.

Der Zustand "kritische Fahrsituation" kann grundsätzlich je nach Wunsch und Applikation frei definiert werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird z. B. die Kipptendenz, das übersteuer- und/oder das Untersteuerverhalten des Fahrzeugs überwacht und, wenn die entsprechende Größe einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, die Mittensperre automatisch angesteuert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Mittensperre gelöst, wenn sich das Fahrzeug in einer „kritischen Fahrsituation" befindet und zusätzlich eine weitere Bedingung vorliegt. In diesem Fall wird der Fahrbetrieb, wie zuvor beschrieben, auf das Vorliegen einer „kritischen Fahrsituation" überwacht und bei Vorliegen einer solchen Fahrsituation die Fahrdynamikregelung ausgelöst. Wenn das Fahrzeug übersteuert, erfolgt beispielsweise ein Bremseingriff am kurvenäußeren Vorderrad, im Falle des Unter- steuerns am kurveninneren Hinterrad. Während der Regelung wird zusätzlich der Radschlupf wenigstens eines Rades der anderen Achse, d.h. bei übersteuerndem Verhalten der Hinterachse und bei untersteuerndem Verhalten der Vorderachse, überwacht. Wenn dieser Radschlupf einen vorgegeben Schwellenwert überschreitet, wird die Mittensperre automatisch gelöst. Dadurch kann vermieden werden, dass sich die Mittensperre in jeder grenzwertigen Fahrsituation automatisch öffnet. Die Mittensperre wird in diesem Fall nur dann geöffnet, wenn das Fahrzeug stärker außer Kontrolle geraten ist.

Der Schwellenwert für den Radschlupf an der komplementären Achse (an der kein bzw. nur ein geringer Fahrdynamikregelungs- Eingriff erfolgt) ist vorzugsweise eine Funktion der

Fahrzeuggeschwindigkeit und optional auch der Querbeschleunigung bzw. des ausgenutzten Reibwerts.

Sobald sich das Fahrzeug stabilisiert hat, d. h. keine kritische Fahrsituation mehr vorliegt, wird die Mittensperre vorzugsweise wieder geschlossen. Der Schließvorgang erfolgt vorzugsweise nur unter der Voraussetzung, dass die Drehzahldifferenz über der Mittensperre kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert. Um das Schließen der Mittensperre zu unterstützen, kann das Antriebsmoment des Fahrzeugantriebs kurzfristig automatisch reduziert werden. Dadurch reduziert sich die Drehzahl des angetriebenen Teils der Kar- danwelle, so dass sie schneller mit dem anderen Teil synchron läuft.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der vorstehend beschriebene Algorithmus von demjenigen Steuergerät ausgeführt, in dem auch der Fahrdynamikregler integriert ist. Dadurch kann ein zusätzliches Steuergerät für die Mittensperren- Ansteuerung eingespart werden.

Der Algorithmus erzeugt vorzugsweise ein Steuersignal oder eine andere Information ü- ber den Soll-Zustand der Mittensperre. Diese Information wird vorzugsweise an die Motorsteuerung ausgegeben, die das Antriebsmoment des Fahrzugantriebs gegebenenfalls an die neue Antriebskonfiguration anpassen kann.

Die Drehzahlen vor und nach der Mittensperre können beispielsweise gemäß folgender Beziehung aus den Rad-Drehzahlen berechnet werden:

nVA = (nRadVL + nRadVR) / 2

nHA = (nRadHL + nRadHR) / 2.

Dabei ist nVA die mittlere Drehzahl der Vorderräder (VA) und nHA die mittlere Drehzahl der Hinterräder (HA). nRad sind die Rad-Drehzahlen, wobei VL vorne links, VR vorne rechts, HL hinten links und HR hinten rechts bezeichnet.

Die Differenzdrehzahl nDiff über der Mittensperre ergibt sich zu:

nDiff = iDiff ^• |n VA - nHA .

Dabei ist iDiff die Achsdifferentialübersetzung.

Das Steuergerät zum Ansteuern der Mittensperre umfasst vorzugsweise eine separate Schnittstelle mit einem zusätzlichen Treiber, mittels dessen das Stellglied der Mittensperre angesteuert wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Steuergeräts mit verschiedenen Algorithmen zur Ansteuerung einer Mittensperre.

Ausführungsformen der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine schematische Blockdarstellung eines Steuergeräts 1, das zur Durchführung einer Fahrdynamikregelung bei Allradfahrzeugen eingerichtet ist. Das Steuergerät 1 umfasst mehrere Algorithmen 3 - 5 zum überwachen des aktuellen Fahrbetriebs in Bezug auf das Vorliegen einer kritischen Fahrsituation. Bei Erkennen einer solchen Fahrsituati- on, in der das Fahrzeug beispielsweise über- oder untersteuert, wird der Fahrdynamikregler (nicht gezeigt) aktiv und greift mittels der Radbremsen in den Fahrbetrieb ein. Wenn das Fahrzeug übersteuert, erfolgt beispielsweise ein Bremseingriff am kurvenäußeren Vorderrad, im Falle des Untersteuerns am kurveninneren Hinterrad. Diese Prozedur ist aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt.

In einer Regelphase des Fahrdynamikreglers wird nun der Radschlupf eines Rades der komplementären Achse, an der kein Regeleingriff erfolgt, überwacht. Bei einem übersteuernden Fahrzeug wird also ein Radschlupf an der Hinterachse, und bei einem untersteuernden Fahrzeug ein Radschlupf an der Vorderachse überwacht. Zur Schlupfüberwa- chung sind zwei Einheiten 6 und 7 für die Vorder- bzw. Hinterachse vorgesehen. Wenn der Radschlupf einen vorgegebenen Sollwert überschreitet, wird ein Steuersignal S an eine Mittensperre 10 ausgegeben, um deren Sperrwirkung wenigstens teilweise aufzuheben. Dadurch wird es möglich, an gewünschten Rädern eine Schlupfregelung ohne Rückwirkung auf die andere Achse durchzuführen.

Die jeweiligen Schwellenwerte für die Situationserkennung und die Schlupfüberwachung sind vorzugsweise eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit und optional auch der Längs- und Querbeschleunigung des Fahrzeugs.

In Bezug auf die Algorithmen 3 bis 5 handelt es sich bei Block 3 um einen Algorithmus zur Kipperkennung, bei Block 4 um einen Algorithmus zur übersteuererkennung und bei Block 5 um einen Algorithmus zur Untersteuererkennung. Sofern eine oder mehrere der überwachten Größen (Kipptendenz, übersteuerverhalten, etc.) einen vorgegebenen Schwellenwert überschreiten, wird dies einem Koordinator 2 signalisiert, der dann die wei- tere Prozedur durchführt, wie vorstehend beschrieben wurde.

Das Signal S kann auch genutzt werden, um die Motorsteuerung 11 an die neue Antriebskonfiguration (Zweiradantrieb) anzupassen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Steuersignal S an eine ASR-Einheit 9 übermittelt, die ein entsprechendes Signal an die Motorsteuerung 11 ausgibt.

Wenn sich das Fahrzeug nach dem Eingriff des Fahrdynamikreglers wieder stabilisiert hat, wird die Mittensperre 10 in die gesperrte Stellung umgeschaltet. Zuvor wird mittels eines Algorithmus 8 die Drehzahldifferenz über der Mittensperre ermittelt, um ein sanftes Einkuppeln zu ermöglichen. Bei einer hohen Drehzahldifferenz kann das Motormoment kurzfristig zurückgenommen werden, um den Einkuppelvorgang zu unterstützen.

Zwischen der Mittensperre 10 und dem Steuergerät 1 besteht hier eine direkte Hardware- Verbindung. Als Steuersignal S kann beispielsweise ein analoges Signal, wie z. B. ein Spannungswert oder ein Stromwert verwendet werden. Die einfachste Ausführung ist dabei eine Schaltfunktion mit den Zuständen EIN / AUS. Wahlweise könnte auch eine PWM- Ansteuerung erfolgen. Ein PWM-Signal ermöglicht z. B. eine quasi kontinuierliche Einstellung der Mittensperre 10.