Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung zum Betrieb eines straßengekoppelten Allradfahrzeuges mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit, mit einem einer Primärachse (z. B. Hinterachse) zugeordneten ersten Elektroantriebsmotor und mit einem einer Sekundärachse (z. B. Vorderachse) zugeordneten zweiten Elektroantriebsmotor.

Beispielsweise aus der DE 102014200427 A1 ist ein straßengekoppeltes Hybridfahrzeug mit zwei unterschiedlichen Antriebseinheiten auf der jeweiligen Achse bekannt. Die unterschiedlichen Antriebseinheiten, insbesondere ein Verbrennungsmotor und ein Elektroantriebsmotor, weisen unterschiedliche Dynamikeigenschaften auf; d.h. die Soll-Momente an den einzelnen Achsen sind nicht gleich schnell einstellbar. Die aus der DE 10 2014200 427 A1 bekannte elektronische Steuerung geht insbesondere auf Probleme dieser unterschiedlichen Antriebseinheiten ein.

Bei einem sogenannten straßengekoppelten Allradfahrzeug sind der Primär- und der Sekundärmotor nicht über eine Kupplung, sondern lediglich über die Räder durch die Straße antriebsbezogen gekoppelt. Derartige straßengekoppelte Allradfahrzeuge werden auch als „Axle-Split“-Fahrzeuge bezeichnet. Derartige Allradfahrzeuge werden üblicherweise in einem ersten Betriebsmodus (vorzugsweise einem effizienzoptimierten Antriebsmodus) mit dem Primärmotor allein betrieben und sind in einem zweiten Betriebsmodus (vorzugsweise einem leistungsoptimierten Antriebs-Modus), bei dem der Sekundärmotor automatisch zu- und abschaltbar ist, auch als Allradfahrzeug mit beiden Antriebsmotoren betreibbar.

Im Folgenden wird der „Elektroantriebsmotor“ (auch als „Elektromaschine“ bekannt) kurz „Elektromotor“ und das „Antriebsdrehmoment“ auch kurz „Moment“ genannt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Allradfahrzeug eingangs genannter Art im Hinblick auf die Effizienz zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Abhängige Patentansprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Die Anmeldung beschäftigt sich mit unterschiedlichen Strategien zum automatischen Zu- und Abschalten des elektrischen Sekundärmotors bei Vorhandensein eines ebenfalls elektrischen Primärmotors. Beim Stand der Technik wird dabei üblicherweise fahrstabilitätsorientiertes Fahren mit einer Antriebsmomentverteilung auf die Achsen zur Traktionserhöhung in den Vordergrund gestellt.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum Betrieb eines straßengekoppelten Allradfahrzeuges mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit, mit einem einer Primärachse zugeordneten ersten Elektroantriebsmotor und mit einem einer Sekundärachse zugeordneten zweiten Elektroantriebsmotor, wobei der erste Elektromotor für eine höhere Leistung bzw. für ein größeres maximales Antriebsmoment ausgelegt ist als der zweite Elektromotor. Die Steuereinheit enthält ein Effizienz- Funktionsmodul dergestalt, dass bei Vorliegen einer Niedriglastanforderung der zweite Elektromotor, der grundsätzlich insbesondere bei mittleren und höheren Lastanforderungen als Sekundärmotor betrieben wird, vorübergehend als Primärmotor allein betrieben wird.

Vorzugsweise wird bei einem Übergang von der Niedriglastanforderung in eine Hochlastanforderung zunächst der erste Elektromotor zusätzlich als Sekundärmotor betrieben wird. Alternativ könnte auch der zweite Elektromotor abgeschaltet werden und der erste Elektromotor wieder allein als Primärmotor betrieben werden. Dies könnte jedoch zu Komforteinbußen führen. Daher wird vorzugsweise zunächst der erste Elektromotor zusätzlich als Sekundärmotor betrieben, bis der zweite Elektromotor komfortabel abgeschaltet ist, und danach der erste Elektromotor wieder allein als Primärmotor betrieben.

Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde:

Die Grundidee ist eine besonders effiziente Allrad-Antriebsstrategie für elektrifizierte Fahrzeuge mit zwei Elektroantriebsmotoren, einem ersten Elektro(antriebs)motor auf einer Primärachse und einem zweiten Elektro(antriebs)motor auf einer Sekundärachse. Der erste Elektromotor ist dabei für eine größere Antriebsleistung ausgelegt als der zweite Elektromotor.

Üblicherweise wird es bisher als sinnvoll angesehen, bei elektrifizierten Allradfahrzeugen möglichst lange im Einachs-Betrieb mit dem leistungsstärkeren ersten Elektromotor zu fahren. Die im vorzugsweise Einachs-Betrieb angetriebene Achse wird als Primärachse bezeichnet. Im Zuge von Effizienzbetrachtungen bei elektrischen Antrieben zeigt sich, dass hochlastige Betriebspunkte eine bessere Effizienz aufweisen, als niedriglastige (z.B. Stadtbetrieb). Um die Betriebspunkte eines Elektrofahrzeugs („BEV“) in den effizienten Bereich der Elektromotoren zu verschieben, werden aktuell Mehrganggetriebe und Getriebe mit sogenannter „Decoupling“-Funktion untersucht, die den Lastpunkt im Fährbetrieb in einen effizienten Bereich des Elektromotors verschieben sollen.

Bei Allradanwendungen mit einer Primär(antriebs)achse und mit einer Sekundär(antriebs)achse (Allradachse) sind Entkopplungseinheiten in Diskussion, die den elektrischen Antrieb im Niederlastbereich komplett entkoppeln.

Ziel der Erfindung ist ein möglichst effizienter Betrieb der Elektromotoren im mittleren bis hohen Last- und Drehzahlbereich.

Folgende Allrad-Antriebskonfiguration wird dabei bevorzugt zugrunde gelegt:

- sekundäre Antriebsachse = Allradachse (bevorzugt Vorderachse), Antriebsleistung/Moment ca. 30% der Traktionsachse

- primäre Antriebsachse = Traktionsachse (bevorzugt Hinterachse), Antriebsleistung/Moment definiert durch Fahrzeugpositionierung.

Mit anderen Worten ist der erste Elektromotor der Primärachse für eine größere Antriebsleistung ausgelegt als der zweite Elektromotor der Sekundärachse.

Die Betriebsstrategie wird durch entsprechende Ausgestaltung (z.B. Software-Programmierung) einer elektronischen Steuereinheit erfindungsgemäß so gewählt, dass die Lastpunkte aus dem Fahrprofil (insbesondere abhängig vom Fahrerwusch) effizient auf die Antriebsachsen verteilt werden, also derart, dass der Einsatz der Antriebsachsen (Primär- und Sekundärachse) abhängig von den Lastanforderungen (des Fahrzeugs bzw. des Fahrers) erfolgt. Niederlastanforderungen werden effizient von der "kleiner" dimensionierten Sekundärachse allein bedient, die sich dann im effizienten Hochlastbereich befindet. Erst bei Hochlastanforderungen kommt die „größer“ dimensionierte Primär-Achse dazu oder übernimmt alleine. Anders ausgedrückt wird sozusagen die Sekundär-Achse bei niedriger Lastanforderung in unüblicherWeise vorübergehend als Primärachse definiert.

Im Unterschied dazu nutzen bekannte Betriebsstrategien immer die Primär- Achse und schalten nur bei Allradanforderung die Sekundär-Achse dazu. Im Niederlastbereich wird die Primär-Achse in einem ineffizienten Bereich betrieben. Durch die Erfindung kann auch auf eine Entkopplungseinheit in der Sekundärachse verzichtet werden, da diese dann keinen weiteren Effizienzgewinn bringt.

Die einzelnen Antriebsachsen (Primärachse mit Primärmotor und Sekundärachse mit Sekundärmotor) sind nur durch entsprechende Software in mindestens einem elektronischen Antriebs-Steuergerät gekoppelt. Eine Kopplung über eine Längskupplung in einem Verteilergetriebe wie bei konventionellen Allradfahrzeugen ist nicht vorhanden.

Durch die Erfindung erhält nun nicht mehr nur das Stellen des Gesamtmomentes die höchste Priorität, sondern es wird auch die optimale Verteilung der Achsdrehmomente bezogen auf Effizienz und Leistung vorgenommen.

Details der Erfindung werden im folgenden Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen straßengekoppelten Elektro-Allrad-Fahrzeuges mit den für die erfindungsgemäße Effizienz-Funktion wesentlichen Komponenten und

Fig. 2 ein Diagramm für ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Effizienz-Funktion.

In Fig. 1 ist ein sogenanntes straßengekoppeltes Allradfahrzeug mit einem ersten Elektromotor 1 zumindest grundsätzlich als Primärmotor, der als Antriebsmotor beispielsweise auf die Flinterachse wirkt, und mit einem zweiten Elektromotor 2 zumindest grundsätzlich als Sekundärmotor, der als Antriebsmotor auf die Vorderachse wirkt, dargestellt. Der erste Elektromotor

1 ist für ein größeres maximal mögliches Antriebsmoment M_max_1 bzw. für eine größere Antriebsleistung ausgelegt als der zweite Elektromotor 2. Der Primärmotor 1 kann eine eigene mechatronisch angebundene Teilsteuereinheit 4 und der Sekundärmotor 2 kann eine eigene mechatronisch angebundene Teilsteuereinheit 5 aufweisen. Beide Teilsteuereinheiten 4 und 5 sind mit einer zentralen elektronischen Steuereinheit 3 verbunden.

Ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs des Elektro-Allradfahrzeuges wird durch die zentrale elektronische Steuereinheit 3 durchgeführt, die entsprechende programmierbare Funktionsmodule sowie Verbindungen zu den erforderlichen Sensoren, Aktuatoren und/oderzu den Teilsteuereinheiten 4 und 5 aufweist. Die Steuereinheit 3 erhält beispielsweise die Stellung eines Fahrpedals als ein dem Fahrerwunsch FP entsprechendes Eingangssignal und somit als Lastanforderungssignal. Erfindungsgemäß ist in der Steuereinheit 3 ein Effizienz-Funktionsmodul 6 beispielsweise in Form eines Software-Programms (Computerprogramm-Produkt) enthalten, auf dessen Ausgestaltung und Funktionsweise anhand des Ausführungsbeispiels in Fig.

2 näher eingegangen wird: Die Steuereinheit 3 ist insbesondere durch ein programmiertes Effizienz- Funktionsmodul 6 derart ausgestaltet, dass bei Vorliegen einer Niedriglastanforderung NL der zweite Elektromotor 2 vorübergehend ausnahmsweise als Primärmotor allein betrieben wird (siehe Moment M_2 des zweiten Elektromotors 2) für die Zeit t unterhalb des Zeitpunktes tO.

Fig. 2 zeigt, dass bei einem Übergang von der Niedriglastanforderung NL in eine Hochlastanforderung HL zum Zeitpunkt tO zunächst der erste Elektromotor 1 für einen komfortablen Übergang kurzzeitig zusätzlich als Sekundärmotor betrieben wird, dann der zweite Elektromotor 2 abgeschaltet wird und der erste Elektromotor 1 wieder allein als Primärmotor betrieben wird (siehe Moment M_1 des zweiten Elektromotors 1).

Der Übergang von der Niedriglastanforderung NL in eine Hochlastanforderung NL wird insbesondere bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes S für den Fahrerwunsch FP erkannt. Der Schwellwert S ist dabei vorzugsweise derart definiert, dass ein durch den Elektromotor 2 allein zu stellendes Moment M_2 unterhalb dem maximal möglichen Moment M_max_2 des Elektromotors 2 liegt.