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Fahrdynamik

Die Dynamic Performance Control von BMW Der neue BMW X6 ist der sportlichste Vertreter in der Familie der BMW X-Modelle. Neben dem intelligenten Allradsystem xDrive verfügt er als erstes Fahrzeug serienmäßig über die Torque-Vectoring-Technologie Dynamic Performance Control zur gezielten Optimierung der Fahrdynamik.

1 Einleitung Das innovative Regelsystem Dynamic Performance Control erschließt im BMW X6 eine neue Dimension des Zusammenspiels von leistungsfähigen Antrieben und sportlichen Fahrwerken. Es führt die xDrive-Idee der variablen Antriebsmomentenverteilung zur Optimierung der Fahrdynamik fort: Die bedarfsgerechte Momentenverteilung an den Hinterrädern steigert neben der Fahrsicherheit und Traktion besonders die Fahrzeugagilität. Somit stellt die Dynamic Performance Control die konsequente Weiterentwicklung der xDrive-Allradtechnologie bei BMW auf Basis regelbarer Momentenverteilungssysteme dar. Für die Integration in den Verbund der Fahrdynamik-Regelsysteme wurde ein architektonisch revolutionärer Weg beschritten. Das Hinterachsgetriebe ist die moderne Umsetzung eines Patents aus den 30er-Jahren des 20. Jahrhunderts.

2 Fahrdynamische Funktionsausprägung und Kundennutzen Primäre Entwicklungsziele waren sehr gute Fahrdynamik und maximale Fahrsicherheit. Neben den aus dem X5 bekannten Fahrdynamik-Regelsystemen Dynamic Drive, Electronic Damper Control (EDC), Active Steering, Dynamic Stability Control (DSC) und der bedarfsgerechten Verteilung der Antriebsmomente zwischen Vorder- und Hinterachse durch xDrive, kommt an der Hinterachse des X6 zum ersten Mal die Dynamic Performance Control serienmäßig zum Einsatz. Mit diesem Torque-Vectoring-System (TV-System) ist es möglich dem Fahrzeug ein Giermoment durch ein variables Differenzmoment aufzuprägen, das unabhängig vom Antriebsmoment eingestellt werden kann. Bezogen auf das Fahrzeug können damit sowohl die Agilität und Stabilität als auch die Traktion gesteigert werden.

2.1 Fahrdynamische Funktionsausprägung der Dynamic Performance Control Maßgabe für die Applikation der Dynamic Performance Control ist ein neutrales Eigenlenkverhalten bis in den fahrdynamischen Grenzbereich.

Bereits beim Anlenken aus der Geradeausfahrt führt ein Differenzmoment zwischen den Hinterrädern zu einem eindrehenden Giermoment, welches das Fahrzeug spontan dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkeinschlag folgen lässt, Bild 1, Fahrsituation 1. Unabhängig von den Reibwertbedingungen kann somit die Agilität des Fahrzeugs gesteigert werden. Bei Kurvenfahrt wird das Antriebsmoment durch xDrive zur Hinterachse verlagert. In Verbindung mit einem entsprechend der Querbeschleunigung höheren Differenzmoment bleibt das neutrale Eigenlenkverhalten über den gesamten Querbeschleunigungsbereich erhalten, Bild 1, Fahrsituation 2. Aufgrund der Reduzierung des Schräglaufwinkels an der Vorderachse reagiert das Fahrzeug direkter auf Lenkeingaben bei Kurvenfahrt. Die Zielgenauigkeit nimmt bei geringerem Lenkwinkelbedarf deutlich zu, Bild 2. Das Fahrzeug zeigt mit Hilfe der Dynamic Performance Control unter allen Reibwertbedingungen und über den gesamten Querbeschleunigungsbereich ein neutrales Eigenlenkverhalten, agile Lenkeigenschaften und eine erhöhte Lenkpräzision.

2.2 Fahrsicherheit durch Dynamic Performance Control Neben der Steigerung der Querdynamik wird die Dynamic Performance Control im X6 auch zur Stabilisierung des Fahrverhaltens genutzt. Ähnlich wie bei der DSC wird in fahrdynamisch kritischen Situationen ein korrigierendes Giermoment erzeugt, ohne jedoch dabei ein Rad über die Betriebsbremse abzubremsen und damit Vortrieb zu verlieren, Bild 1, Fahrsituation 5, 6 und 7. Ein Beispiel hierfür ist die Bedämpfung von Lastwechselreaktionen. Bei Kurvenfahrt mit höherer Querbeschleunigung führt ein Lastwechsel des Antriebsmoments zu einer eindrehenden Gierreaktion, die je nach Reibwertbedingung, Fahrzeuggeschwindigkeit und Beladung unter Umständen zu einem übersteuernden Fahrverhalten führen kann. In dieser Situation werden die Antriebsmomente durch xDrive zur Vorderachse verschoben. Da dem Fahrzeug mit der Dynamic Performance Control sowohl unter Vortrieb als auch im lastlosen Zustand oder im Schleppbetrieb ein beliebiges Giermoment aufgeprägt werden kann, wird ein ausdrehendes TV-

Die Autoren

Dipl.-Ing. Christian Billig ist Abteilungsleiter Systemversuch Längsdynamik bei der BMW AG in München.

Dipl.-Ing. Harald Boedrich ist Projektreferent Entwicklung Verteilergetriebe bei der BMW AG in München.

Dipl.-Ing. Jürgen Brack ist Entwicklungsingenieur funktionale Integration Fahrdynamik bei der BMW AG in München.

Dipl.-Ing. Bertram Höll ist Entwicklungsingenieur bei der Semcon München GmbH für die Entwicklung Verteilergetriebe bei der BMW AG in München.

Dr.-Ing. Michael Holle ist Projektleiter ICM Längsdynamik bei der BMW AG in München.

Dr.-Ing. Frank Kimmich war Projektleiter E/E Getriebe bei der BMW AG in München.

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Fahrdynamik

Bild 1: Untersteuervermeidung und Fahrzeugstabilisierung

Moment an der Hinterachse gestellt. Dieses stabilisierende Differenzmoment führt zu einer stets gleichen, leicht eindrehenden, jedoch immer beherrschbaren und somit sicheren Gierreaktion. Nahe dem fahrdynamischen Grenzbereich, noch vor der Rücknahme des Antriebsmoments bzw. einem Bremseneingriff, wird durch die Dynamic Performance Control ein stabiles und damit sicheres Fahrverhalten erzielt. Bei Annäherung an den fahrdynamischen Grenzbereich wird das eindrehende Differenz-

moment zurückgenommen bzw. ein stabilisierendes Giermoment aufgebaut. Das Fahrzeug bleibt auch in diesen Fahrsituationen vorhersehbar und sicher.

2.3 Traktion Der X6 verfügt mit der Dynamic Performance Control außerdem über die funktionalen Vorzüge eines Sperrdifferenzials. Im Falle eines auftretenden Differenzschlupfes zwischen den beiden Rädern der Hinterachse wird die Dynamic Performance Control zur Verbesserung

der Traktion genutzt. Dies gilt sowohl beim Beschleunigen auf unterschiedlichen Reibwerten als auch bei Entlastung des kurveninneren Rades bei beschleunigter Kurvenfahrt. In beiden Fällen wird dem Rad mit dem höheren Reibwert mehr Antriebsmoment zugeteilt. Das Fahrzeug beschleunigt deutlich schneller gegenüber einem Fahrzeug mit konventionellem Hinterachsgetriebe und Bremseneingriff. Da übermäßiger Antriebsschlupf vermieden wird, steigt das Querkraftpotenzial deutlich und die Fahrsicherheit nimmt weiter zu.

3 Regelsystem- und Funktionsintegration im ICM

Bild 2: Reduzierter Lenkwinkelbedarf und Verbesserung der Zielgenauigkeit. Untersteuerndes Fahrzeug ohne Dynamic Performance Control (oben links), Lenkpräzision und Lenkwinkelbedarf bei Kurvenfahrt ohne Dynamic Performance Control (oben rechts), neutrales Kurvenverhalten mit eindrehendem Differenzmoment durch Dynamic Performance Control (unten links), Lenkpräzision und Lenkwinkelbedarf mit Dynamic Performance Control (unten rechts) 986

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Der parallele Betrieb mehrerer Fahrdynamikregelsysteme erfordert einen Integrationsansatz, der bei jeder Regelsystemkombination die fahrdynamischen Potenziale bestmöglich ausnutzt. Im X6 wird dazu erstmalig ein zentrales ICMSteuergerät (Integrated Chassis Management) eingesetzt, welches die verfügbaren Aktuatoren so ansteuert, dass in allen Konfigurationen ein optimales Fahrverhalten dargestellt werden kann. Die wichtigste Voraussetzung für die Funktionsintegration im ICM ist die Entkopplung von Funktion und Aktuator. Dafür wurde eine Architektur zur gleichzeitigen und koordinierten Ansteuerung aller Systeme entwickelt. Durch die funktionale Integration der zur Verfügung stehenden Aktuatoren und die koordi-

nierte Ausnutzung des effektiv erweiterten Stellpotenzials konnten die fahrdynamischen Zielvorgaben des X6 erreicht werden. Bild 3 zeigt einen Teilumfang der gesamten Funktionsarchitektur, das zentrale Fahrdynamikmodul. Die wesentlichen funktionalen Bausteine sind die Module Vorsteuerung, Sollwertbildung und Fahrsituationserkennung, Störgrößenaufschaltung, Quer- und Längsdynamikregler sowie Priorisierung und Verteilung.

3.1 Vorsteuerung

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Zur Verbesserung der Zielgenauigkeit und Reproduzierbarkeit werden in diesem Modul Vorsteueranteile für Active Steering und Dynamic Performance Control berechnet. Die Stellvorgaben weisen eine reine Abhängigkeit von der Fahrereingabe und der Fahrgeschwindigkeit auf.

Bild 3: Funktionsstruktur des zentralen Fahrdynamikmoduls

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griff an der Vorderachse erforderlich, Bild 4. In Sonderfällen wird dem TV-Moment auch an der Hinterachse ein Bremsmoment überlagert. Im fahrdynamischen Grenzbereich übernimmt das Bremsregelsystem die Aufgabe der Fahrstabilisierung.

3.4 Störgrößenaufschaltung

Bild 4: Überlagerung TV- und Bremsenregelung bei einer μ-split-Anfahrt

Störgrößeneinflüsse auf das Fahrzeug, zum Beispiel ein durch Längsdynamikeffekte verursachtes Giermoment, können typischerweise über einen Regler nur teilweise ausgeregelt werden. Bei beschleunigter Kurvenfahrt führt die dynamische Achslastverteilung zu einer stärkeren Untersteuerneigung des Fahrzeugs. Um auch in dieser Situation das gewünschte neutrale Eigenlenkverhalten zu erzielen, wird abhängig von der Längsbeschleunigung das eindrehende Differenzmoment an der Hinterachse erhöht.

3.5 Priorisierung und Verteilung 3.2 Sollwertbildung und Fahrsituationserkennung Im Funktionsmodul Sollwertbildung und Fahrsituationserkennung wird, basierend auf den Vorsteuerwerten, der Sollwert für den Regler berechnet. Weiterhin werden in diesem Modul Indikatoren für verschiedene Fahrsituationen, wie Unter- oder Übersteuern, ermittelt. Auf Basis der Indikatoren werden in nachfolgenden Funktionsmodulen Eingriffskriterien für die verschiedenen Aktuatoren berechnet. Die über das Fahrzeugmodell gebildete Sollgierrate wird nicht nur ICM-intern als zentrale Führungsgröße verwendet, sondern dient auch externen Partner-Steuergeräten, speziell DSC, als kommunale Führungsgröße.

ment zur Verbesserung der Traktion angefordert. Über die Radschlupfüberwachung erfolgt eine erste Priorisierung zwischen Quer- und Längsdynamikregelung. Die Ausgangssignale sind die Größen Sollgiermoment (Querdynamik) und Raddifferenzmoment (Längsdynamik). Diese sind kommunal und können für alle Systeme in aktuatorspezifische Stellgrößen umgerechnet werden. Zusätzlich zum TV-Moment ist in einigen Fahrsituationen, zum Beispiel μsplit-Anfahren, zur Sicherstellung der Traktion und des Bauteilschutzes ein traktionsunterstützender Bremsenein-

Aufgabe dieses Moduls ist die Priorisierung und Verteilung der Stellanforderungen auf die Fahrdynamikaktuatoren. Abhängig von folgenden Kriterien wird das Sollgierund Raddifferenzmoment aufgeteilt: – Fahrzeugausstattung (Fahrdynamikregelsysteme) – Systemverfügbarkeit – Fahrzustand – Wirkungsbereich der Fahrdynamikregelsysteme. Dabei wird aus funktionaler Sicht eine vollständige Umsetzung der Eingangsanforderung angestrebt. Am Beispiel der Aufgabenverteilung zwischen Dynamic Performance Control,

3.3 Regelung: Quer- und Längsdynamik Zur Optimierung des Fahrzeugverhaltens im Normal- und Übergangsbereich werden in diesem Modul die dazu notwendigen Regleranteile berechnet. Die Regelungsfunktionen werden nach Fahrzeuglängs- und -querdynamik differenziert. Ziel ist es zum einen die Abweichungen zwischen Ist- und Sollgierrate über Dynamic Performance Control und Active Steering zu minimieren. Zum anderen wird im ICM über den Längsregler ein TV-Mo988

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Bild 5: Vereinfachte Funktionslogik für die Verteilung Dynamic Performance Control, Active Steering und Giermomentenvorgabe

Active Steering und der Giermomentenvorgabe wird ein Aspekt der Verteilungslogik erläutert. Die Funktionslogik ist vereinfacht in Bild 5 dargestellt. Das von der Dynamic Performance Control zu stellende Sollgiermoment wird als Differenzmoment an den Steller übermittelt. Ist eine vollständige Umsetzung des TV-Moments aufgrund oben genannter Eingriffskriterien nicht möglich, wird die verbleibende Stabilisierungsaufgabe von Active Steering übernommen. Diese kann nach entsprechender Transformation der Stellgröße das verbleibende Sollgiermoment über einen Lenkeingriff aufbringen. Eine vergleichbare Übergabe des TVMoments an einen anderen Aktuator erfolgt bei engen Kurvenradien. Da bei hohen Raddifferenzgeschwindigkeiten über die Dynamic Performance Control auslegungsbedingt kein weiteres Moment an das kurvenäußere Rad übertragen werden kann (vgl. 3.3), wird das TV-Moment auf Basis eines geometrischen Modells im ICM in eine Giermomentenvorgabe für das Bremsregelsystem umgerechnet. Um eine ausgeglichene Längsmomentenbilanz beizubehalten, wird in der DSC neben einem radselektiven Bremsmoment auch das Motormoment angehoben. In Sondersituationen (zum Beispiel ABS-Bremsungen) kann DSC über eine Schnittstelle das TV-Moment zusätzlich richtungsindividuell teilweise oder vollständig unterdrücken.

4 Das Hinterachsgetriebe der Dynamic Performance Control Mehr als 100 Prinzipien von Überlagerungsgetrieben wurden im Rahmen der Konzeptfindung analysiert. In der abschließenden Technologiebewertung wurden über 40 Kriterien berücksichtigt. Grundvoraussetzungen sind die Kompatibiliät mit anderen Fahrdynamiksystemen, die Erfüllung der Sicherheitsanforderungen und ein hinsichtlich Mechanik, Aktuatorik, Elektrik/Elektronik und Ölhaushalt robuster Aufbau. Strategisch relevant ist ein bezüglich Baugröße, Übersetzungsspektrum und Funktionsanforderungen skalierbares Grundkonzept. Funktional haben Dynamik, Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Stellvorgänge über die gesamte Lebensdauer die

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größte Bedeutung, ergänzt von einer möglichst weitreichenden thermischen Belastbarkeit. Das Komponentengewicht und der Wirkungsgrad bei Geradeausfahrt sind die dominierenden mechanischen Kriterien der Konzeptauswahl.

4.1 Konzeptmerkmale In der Mitte des Aluminium-Gehäuses ist das Grundgetriebe mit Hypoidradsatz und Kegelraddifferenzial angeordnet. Die Aufnahme des Radsatzes in Schrägkugellagern liefert einen wesentlichen Beitrag zu bestmöglichem Wirkungsgrad. An beiden Seiten sind die Überlagerungseinheiten angeordnet. Sie setzen sich aus je einem Doppelplanetengetriebe und einer elektromotorisch betätigten Lamellenbremse zusammen, Bild 6 und Bild 7. Das Getriebe ist mit zwei verschiedenen, auf die gesamte Fahrzeuglebensdauer ausgelegten, synthetischen Ölen befüllt. Im Grundgetriebe wird ein Hypoidöl und in den Überlagerungseinheiten ein hinsichtlich Reibverhalten in den Lamellenbremsen optimiertes Öl eingesetzt. Die Ölraumtrennung ermöglicht eine wirkungsgradoptimale Ölverteilung im Grundgetriebe und einen davon unabhängigen, funktionsorientierten Ölhaushalt in den Überlagerungseinheiten. Weiterführende Informationen siehe [1].

Bild 6: Hinterachsgetriebe der BMW Dynamic Performance Control

der gewählten Übersetzung im Planetentrieb von 10 % zugunsten der Abtriebsseite beschleunigt, wodurch ein Momentenfluss vom Differenzialkorb über den Planetentrieb auf das Rad hervorgerufen wird. Die beiden Räder werden mit unterschiedlich hohen Momenten angetrieben. Auch ohne Antriebsmoment kann

4.2 Funktionsprinzip In Fahrsituationen ohne Momententransfer verhält sich das System wie ein Hinterachsgetriebe mit offenem Differenzial. Ohne Drehzahldifferenz zwischen linkem und rechtem Rad (Geradeausfahrt) laufen die Planetentriebe der Überlagerungseinheiten im Block um. Die planetenträgerfesten Innenlamellen rotieren gegenüber den gehäusefesten Außenlamellen mit Raddrehzahl. Bei Drehzahldifferenz zwischen linkem und rechtem Hinterrad (Kurvenfahrt) erfolgt der Drehzahlausgleich durch das Differenzial. Als Reaktion auf die Drehzahldifferenz zwischen den inneren und äußeren Sonnenrädern wälzen die Planetenräder ab und die Planetenträger rotieren lastfrei. In Fahrsituationen mit Momentenüberlagerung wird der Planetenträger über das Lamellenpaket gegenüber dem Gehäuse abgebremst. Folglich wird das zugehörige äußere Sonnenrad aufgrund 990

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Bild 7: Zusammenfassung Momentenfluss

das Abwälzen des Planetentriebs durch das Lamellenpaket erzwungen werden. Durch das gegenüber dem Ausgleichsgehäuse schneller drehende, äußere Sonnenrad wird über die summierende Wirkung des Differenzials ein positiver Momentenfluss zur angesteuerten Seite hervorgerufen, Bild 7.

4.3 Differenzierung zum Wettbewerb Mehrere Aspekte differenzieren die Dynamic Performance Control von den am Markt erhältlichen Technologien zur radindividuellen Antriebsmomentenverteilung. Sperrbare Hinterachsgetriebe – die manchmal fälschlich in die Gruppe der TV-Systeme eingeordnet werden – erlauben es nicht, eine Momentendifferenz zwischen den Antriebsrädern einzustellen. Während eine Sperre die Differenzialwirkung durch eine Drehzahlangleichung der Räder mit dem Ziel der Traktionssteigerung einschränkt, ermöglicht ein TV-Getriebe an der Antriebsachse die aktive Giermomentenaufprägung auf das Fahrzeug ähnlich einem Radbremseneingriff, ohne jedoch dessen verzögernde Wirkung mit sich zu bringen.

Der Vorteil gegenüber kupplungsbasierten Momentenverteilungssystemen ohne Differenzial liegt in der Unabhängigkeit der Momentenverteilung vom Antriebsmoment. Das bedeutet, dass auch bei einem Lastwechsel in einer Kurve oder einer Bergabfahrt die souveräne Beherrschung des Fahrzeugs unterstützt wird. Der wesentliche Kundennutzen hinsichtlich des Wirkungsgrads liegt gegenüber Ausführungen mit einer „ins Schnelle“ übersetzten Kupplung, die das komplette Überlagerungsmoment überträgt, in den geringen Verlusten bei Geradeausfahrt. In dieser für den Alltagsbetrieb besonders relevanten Fahrsituation läuft der Planetentrieb im Block ohne Abwälzen der Verzahnung um. So wird das durch die Überlagerungseinheiten hervorgerufene Verlustmoment mini-

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miert und die Grundlage für ein wirkungsgradoptimales Achsgetriebekonzept geschaffen. Mit dem gewählten Übersetzungsverhältnis von 0,9 im Planetentrieb werden alle fahrdynamisch relevanten Situationen abgedeckt. Bewusst ausgenommen sind Kurvenradien in der Nähe des Wendekreises. Die Abdeckung dieses Bereichs würde eine höhere Relativdrehzahl zwischen Innen- und Außenlamellen mit sich bringen und somit nicht nur den Wirkungsgrad verschlechtern, sondern auch zu einem höheren Wärmeeintrag führen. Sowohl für das Getriebegewicht als auch für die Stelldynamik ist es vorteilhaft, dass das Bremsmoment durch das Übersetzungsverhältnis des Planetentriebs verstärkt wird und so das Lamel-

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mellenlüftspiels genutzt, der flache Anstieg ermöglicht die präzise Einstellung des angeforderten TV-Moments, Bild 10.

5.2 Nachlaufkalibrierung Für eine gleichbleibende Stellgenauigkeit über die gesamte Lebensdauer ist die Kenntnis aller Einflussfaktoren (u. a. Hysterese, Temperatur, Verschleiß) notwendig. Von zentraler Bedeutung ist die Ermittlung des „0 Nm Punktes“ (Kiss Point der Lamellenbremse) und der Steigung der Kugelrampe im Arbeitsbereich. Kiss Point und Kugelrampensteigung werden in der Verschleißadaption nach jeder Fahrt bestimmt. Die Werte werden im Dynamic-Performance-Control-Steuergerät abgelegt und beim nächsten Motorstart verwendet.

5.3 Bauteilbeanspruchung Bild 8: Systemübersicht – Komponenten im Fahrzeug

lenpaket und die zugehörige Betätigungseinrichtung für geringere Maximalmomente ausgelegt werden können.

5 Erfüllung der fahrdynamischen Funktionsanforderung Das Aktuator-Steuergerät der Dynamic Performance Control setzt die Sollwertvorgabe des ICM in eine entsprechende Ansteuerung der Elektromotoren des Hinterachsgetriebes um, Bild 8.

Die Drehbewegung des Elektromotors wird über eine Stirnradstufe auf die Kugelrampe übertragen. Diese wandelt die Drehbewegung in einen axialen Hub, schließt damit die Lamellenbremse und erzeugt das Bremsmoment. Die Kugelrampe ist mit zwei unterschiedlichen Steigungen ausgeführt: Der steile Bereich wird zum schnellen Überwinden des La-

5.1 Darstellung der Momentenverteilung Voraussetzung für ein harmonisches Fahrverhalten ist die schnelle, genaue und radindividuelle Verteilung des Momentes zwischen den Hinterrädern. Das System erfüllt diese Anforderung, indem das Ist-Moment dem Soll-Moment im gesamten Wirkbereich stets in weniger als 100 ms mit einer Genauigkeit von mindestens ±10 % folgt, Bild 9. Hardwareseitige Grundlage für die hohe dynamische Leistungsfähigkeit sind die mittels einer feldorientierten Regelung betriebenen Asynchron-Elektromotoren. Die Motorlage wird mit einem Winkelsensor erfasst und über eine Kennlinie dem Bremsmoment zugeordnet. 992

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Bild 9: Momentensprung

Eine Schädigung der Planetentriebe in belastungsintensiven Sondersituationen und im Missbrauchsfall wird durch die Überwachung von Drehzahl und TV-Moment vermieden. Bei großer Drehzahldifferenz zwischen den Hinterrädern wird die Geschwindigkeit des schlupfenden Rades mittels der Sperrenfunktionalität des Hinterachsgetriebes verringert. Ist das nicht ausreichend, wird durch Reduzierung des Motormoments und den Radbremseneingriff schädigenden Drehzahlen an den Planetenrädern vorgebeugt.

6 Funktionssicherheit Aufgrund des Eingriffs der Dynamic-PerformanceControl-Funktion in die Querdynamik des Fahrzeugs stand die Sicherstellung der Funktionssicherheit gemäß den derzeitig gültigen Sicherheitsstandards [2] im Mittelpunkt der Produktentwicklung. Alle hierfür durchzuführenden Aktivitäten im Rahmen der Konzept- und Realisierungsphase erfolgten in Anlehnung an den bei BMW vorgegebenen Funktionssicherheitsprozess.

6.1 Sicherheitseinstufung und -konzept

Bild 10: Kugelrampenlaufbahn

   

 
   




 

 
 

  
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6.2 Softwareentwicklung und -absicherung Neben den Sicherheitsanforderungen an die Hardware-Architektur ergaben sich durch die ASIL-DEinstufung der Dynamic Performance Control hohe Anforderungen an die Softwareentwicklungsund Absicherungsprozesse. Hierzu waren Methoden zum systematischen Entwurf der System- und Funktionsarchitektur sowie der Softwaremodule erforderlich. Die Softwareerstellung für die sicherheitskritischen Funktionen erfolgte größtenteils automatisiert aus den Funktionsmodellen mittels eines zertifizierten Codegenerators. Dadurch lassen sich Fehler im Gegensatz zur manuellen Softwareerstellung vermeiden. Die Integration und Absicherung der Elektronik und Software erfolgte schrittweise im Rahmen von Integrationsstufen: Auf Komponentenebene wurden sowohl SIL- als auch HIL-Tests durchgeführt. Auf Teilsystemebene

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Zu Beginn der Konzeptentwicklung wurden mit Hilfe der Gefahren- und Risikoanalyse alle Situationen, die durch Fehler der Dynamic Performance Control entstehen können, systematisch ermittelt und entsprechend ihrer Auswirkung auf das Fahrverhalten bewertet. Daraus ergab sich die Sicherheitseinstufung der Dynamic Performance Control mit ASIL D (SIL 3). Die Klassifizierung ASIL D entspricht der Einstufung von Stabilitätssystemen und der Aktivlenkung. Auf Basis der Sicherheitseinstufung wurden anschließend die Sicherheitsanforderungen zur Auslegung der Funktions- und HWArchitektur sowie der Softwarefunktionen zur Fehlererkennung und Fehlerbeherrschung systematisch ermittelt. Um die hohen Anforderungen an die Funktionssicherheit erfüllen zu können, wurden unter anderem alle an der Dynamic Performance Control beteiligten Steuergeräte als Doppelprozessorsysteme ausgelegt. Durch die redundante Implementierung der Sicherheitsfunktionen und Diagnosen wird sichergestellt, dass das System bei einem Ausfall automatisch in den sicheren Zustand übergeht (konventionelles Hinterachsgetriebe mit offenem Differenzial wie BMW X5) und das Fahrzeug auch ohne Dynamic Performance Control ein stabiles Fahrverhalten aufweist.

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Danksagung Die Entwicklung der BMW Dynamic Performance Control verlangte eine enge interdisziplinäre Zusammenarbeit der Fahrdynamikund Antriebsentwicklung bei der BMW AG. Eine ganze Reihe von Kolleginnen und Kollegen wirkte engagiert bei der Definition der Funktionsarchitektur, der Konzeptfindung und der Serienentwicklung mit. Stellvertretend sei hier den Herren Dipl.-Ing. Eduard Ginglas, Dipl.-Ing. Holger Felix Mayer, Dipl.Ing. Werner Pfau und Dipl.-Ing. Gerd Riedmiller gedankt.

ORAUFESBEIM zHRENWIRKLICH ANKOMMT

schloss sich eine erste Verifikation des fahrdynamischen Systemverbundes an, bevor der Funktionsverbund im Fahrzeug endgültig abgenommen wurde.

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7 Zusammenfassung Mit der Dynamic Performance Control, den weiteren Fahrdynamik-Regelsystemen und der Funktionsintegration im ICM wird im X6 eine bisher noch nicht bekannte Wendigkeit und Leichtfüßigkeit für Allradfahrzeuge dieser Klasse erreicht. Spurtreue, Lenkpräzision und ein damit verbundenes hohes Fahrsicherheitsgefühl zeichnen den X6 aus. Müheloses und souveränes Fahren unter allen Reibwertbedingungen sind das Ergebnis für den Kunden. Die Dynamic Performance Control leistet somit einen erheblichen Beitrag um die Fahrdynamik eines BMWs nicht nur im Grenzbereich sondern auch im Normal- und Übergangsbereich erlebbar zu machen und steigert dabei gleichzeitig die Fahrsicherheit.

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Literaturhinweise

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[1] Denzler, R.; Granzow, C.; Peter, R.; Spieß, M.: Das Hinterachsgetriebe Vector Drive. In ATZ 109 (2007), Nr. 12, S. 1106-1115 [2] Norm IEC 61508, Teil 0 - 7. Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer / elektronischer / programmierbar elektronischer Systeme

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