CN108136904A - 用于全轮驱动机动车的驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种驱动装置，用于全轮驱动的双轮辙机动车，在所述机动车的动力总成系统中，驱动总成(1)在行驶运行中持久地输出到第一车桥(VA)并且通过中间离合器(13)输出到第二车桥(HA)，其中，在所述中间离合器(13)的闭合状态中，所述第二车桥(HA)与所述动力总成系统接通，在所述离合器(13)的打开状态中，所述第二车桥(HA)与所述动力总成系统脱耦，其中，在全轮驱动接通以及桥摩擦系数(μVA，μHA)大小不同的行驶状况中，在具有大桥摩擦系数(μVA)的车桥(VA)上可设定比在具有小桥摩擦系数(μHA)的车桥(HA)上大的车轮力矩(MVA)，其中，设置有控制器(27)，所述控制器为了限制发动机力矩而将所述驱动总成(1)限制到最大允许发动机力矩(Mmot,max)。根据本发明，为了避免在具有大桥摩擦系数(μVA)的车桥(VA)上桥过载，所述控制器(27)具有分析处理单元(29)，通过所述分析处理单元可求解和匹配所述最大允许发动机力矩(Mmot,max)。所述最大允许发动机力矩(Mmot,max)由存储在所述分析处理单元(29)中的在设计上预给定的过载阈值与具有小桥摩擦系数(μHA)的车桥(HA)上的至少一个潜在的最大允许惯性矩分量(MT,HA)相加(45)来求解，在达到所述过载阈值时在具有大桥摩擦系数(μVA)的车桥(VA)上存在构件受损的危险，所述惯性矩分量(MT,HA)使具有大桥摩擦系数(μVA)的车桥(VA)卸载。

Description

用于全轮驱动机动车的驱动装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的用于全轮驱动的双轮辙机动车的驱动装置以及一种根据权利要求11的用于运行这种驱动装置的方法。
背景技术
在全轮驱动机动车中，在可接通的全轮驱动与持久的全轮驱动之间不同。在持久的全轮驱动中，在驱动总成中产生的驱动力矩通过机械的中间桥差速器例如托森式差速器基本上均匀地划分到前桥和后桥。力矩或转速差通过两个车桥之间的中间桥差速器得到补偿。与此不同，在可接通的全轮驱动中，中间桥差速器被刚性的中间离合器替代。借助于中间离合器，后桥可按照需求与动力总成系统接通或与此脱耦。在这种可接通的全轮驱动中，与具有中间桥差速器的上述持久的全轮驱动不同，在车桥之间不进行转速或力矩补偿。
由DE 10 2012 020 908 A1公知了用于全轮驱动的双轮辙机动车的所述类型的驱动装置。在机动车的动力总成系统中，布置有由具有连接在后面的换档变速器的内燃机构成的驱动总成，所述驱动总成在行驶运行中持久地输出到前桥。变速器输出轴一直通到中间离合器，所述中间离合器通过万向节轴与后桥在传动上连接。在闭合状态中，中间离合器被加载离合器力矩。为了保证无打滑，中间离合器在闭合状态中可以以过度压紧运行。在此情况下，后桥与动力总成系统刚性接通。在中间离合器的打开状态中，后桥与动力总成系统脱耦。
在上述刚性的全轮驱动中，在行驶运行中由驱动总成输出的发动机力矩按照前桥上的桥摩擦系数(作用在车轮与路面之间)和后桥上的桥摩擦系数来划分。例如，在桥摩擦系数相同的情况下，前桥上和后桥上可设定的车轮力矩分别取值为发动机输出的总车轮力矩的50％。
在全轮驱动接通以及前桥在沥青路上并且后桥在冰上的行驶状况中，存在下列局面：在此情况下，前桥提供比后桥大的力矩可设定性。这就是说，在前桥上可设定比在具有较小桥摩擦系数的后桥上大的车轮力矩。这可导致：存在于前桥上的车轮力矩超过临界的过载阈值。由此产生桥过载、尤其是前桥差速器的锥齿轮传动装置过载的危险。
为了进行保护以免这种桥过载，在具有纯前驱的机动车中可实现构件保护功能，在所述构件保护功能中，最大允许发动机力矩由存储在控制器中的在设计上预给定的过载阈值与发动机惯性矩相加来计算，在达到所述过载阈值时在前桥上存在构件受损的危险。发动机惯性矩是发动机加速所需的并且因此不使前桥负载。
由此，虽然保证对前桥的构件进行保护以免过载，但通过发动机力矩限制而在发动机功率能力方面受到限制并且在起步过程中产生时间损失并且降低坡道上的上坡或者说起步能力。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于全轮驱动机动车的驱动装置以及一种用于运行这种驱动装置的方法，在所述驱动装置中，桥过载的危险降低，同时在发动机力矩限制的情况下存在相对于现有技术降低的发动机功率能力。
所述目的通过权利要求1或11的特征来实现。本发明的优选的扩展构型在从属权利要求中公开。
根据权利要求1的特征部分，控制器为了在上述行驶状况中避免桥过载而具有分析处理单元，通过所述分析处理单元可求解和匹配最大允许发动机力矩。最大允许发动机力矩在分析处理单元中通过具有大桥摩擦系数的车桥的在设计上预给定的过载阈值与具有小桥摩擦系数的车桥上的至少一个潜在的最大允许惯性矩分量相加来求解。具有小桥摩擦系数的车桥上的惯性矩分量使具有大桥摩擦系数的车桥卸载。因此，在计算最大允许发动机力矩时，所述惯性矩分量可毫无问题地加到过载阈值上，而不冒具有大桥摩擦系数的车桥过载的风险。
下面为了简单理解，借助于特别重要的行驶状况来解释另一个发明方面，在所述行驶状况中，例如全轮驱动的前桥输出到沥青路(即前桥上的桥摩擦系数大)并且全轮驱动的后桥输出到冰(即后桥上的桥摩擦系数小)。但所述发明方面不局限于所述特殊的行驶状况。作为替换方案也可考虑在后桥上存在大桥摩擦系数并且在前桥上存在小桥摩擦系数的行驶状况。
在技术实现方面，上述分析处理单元具有程序模块，在所述程序模块中可求解使前桥卸载的潜在的可能的后桥惯性矩分量。为此，程序模块具有第一求解单元，在所述第一求解单元中首先求解在前桥上最大可设定的桥力矩。在第一求解单元中，在前桥上最大可设定的桥力矩基于预定义的最大负荷状态以及设为1的前桥摩擦系数例如通过特性曲线或通过表格来求解。在预定义的最大负荷状态中考虑车辆负荷时的车辆重心以及最大重量。此外，根据当前车辆纵向加速度求解最大可设定的前桥力矩。在车辆停止时，纵向加速度相应于路面坡度。在车辆加速时，纵向加速度相应于路面坡度和车辆加速度的总值。
在第一求解单元中求解的最大可设定的前桥力矩被引导到减法单元，在所述减法单元中求解最大允许前桥惯性矩，确切地说通过从前桥过载阈值减去最大可设定的前桥力矩。最大允许前桥惯性矩定义一个潜力，所述潜力(在μVA＝1以及在负荷状态最大时)允许取实际前桥惯性矩，而不超过前桥过载阈值。
此外，分析处理单元具有第二求解单元，在所述第二求解单元中可基于最大允许前桥惯性矩来求解后桥上的上述惯性矩分量。
基于前桥与后桥之间的刚性的中间离合器，后桥惯性矩分量直接与前桥惯性矩成比例，确切地说根据车桥的部件和处于其之间的部件的惯性分量。因此，在第二求解单元中使前桥部件的惯性与后桥部件的惯性成惯性比例。在考虑惯性比例的情况下(以简单的三分律运算)来计算后桥上的惯性矩。
此外，分析处理单元可具有另外的程序模块，在所述程序模块中可估计在后桥上可设定的最低桥力矩。后桥上的这种最低桥力矩使前桥卸载。因此，在计算最大允许发动机力矩时，后桥最低桥力矩可附加于后桥惯性矩分量加到前桥过载阈值上。
在另一个实施形式中，驱动装置可具有电子差速器锁，通过所述电子差速器锁，在起步时打滑的后桥车轮可通过制动设备产生的制动力矩有目的地制动。由此，通过后桥差速器，另一个后桥车轮被加载附加转矩，所述附加转矩的取值等于制动力矩。分析处理单元可具有附加的程序模块，在所述附加的程序模块中，附加力矩和制动力矩可求和成EDS总力矩。所述总力矩在求解最大允许发动机力矩时可附加于上述潜在的惯性矩加到前桥过载阈值上。
在用于计算EDS总力矩和最低后桥力矩的上述程序模块之间可在中间连接有第一比较模块。第一比较模块可将最低后桥力矩和EDS总力矩中的较大值传输到求和元件并且阻拦较小值。
在第一比较模块后面可连接有第二比较模块。在第二比较模块中，将在后桥上减小的最低后桥力矩或EDS总力矩限制到设定的中间离合器力矩的高度(如果所述中间离合器力矩低于潜在的可能的后桥力矩)。
最大允许发动机力矩的上述求解在起步过程期间连续地执行以及匹配。以此方式，在起步时得到明显快的响应特性，因为最大发动机力矩与现有技术相比可设定得明显高，尽管如此，仍保证对前桥部件的保护。
本发明的上文解释的和/或从属权利要求中描述的有利的实施形式和/或扩展构型除了例如在关系单义或替换方案互不相容的情况下可单独地或以彼此任意组合来使用。
附图说明
下面借助于附图详细描述本发明及其有利实施形式和扩展构型以及其优点。附图表示：
图1双轮辙机动车的动力总成系统的示意性视图；
图2电子控制器的分析处理单元的程序模块的简化框图，通过所述电子控制器可执行发动机力矩限制；以及
图3另一个框图，在所述框图中解释了后桥惯性矩分量的求解。
具体实施方式
图1中示出了双轮辙机动车的动力总成系统。出于容易理解本发明而绘制了图1和图2。因此，这些图仅仅是粗略简化的视图，这些视图没有描绘动力总成系统或存在于电子控制器中的软件架构的现实结构。
根据图1，机动车的动力总成系统具有驱动总成，所述驱动总成由内燃机1和连接在后面的换档变速器3构成。所述换档变速器的变速器输出轴4通过齿轮级5与前桥VA的前桥差速器7在传动上连接，所述前桥差速器通过联节轴9输出到前轮11。
变速器输出轴4固定地与中间离合器13的离合器壳体连接，所述中间离合器可与万向节轴15耦合。万向节轴15通过后桥差速器17以及通过联节轴19输出到车辆后桥HA的后轮21。此外，后桥HA的右侧的联节轴19中安装有牙嵌离合器。
牙嵌离合器23、中间离合器13以及内燃机1的发动机控制器25在图1中与基于多个行驶运行参数对机动车的全轮驱动的接通或关断进行控制的控制器27处于信号连接中。在全轮驱动接通时，得到图1中所示力矩流，据此，发动机力矩Mmot从内燃机1引导到换档变速器3并且在那里作为总车轮力矩存在于变速器输出轴4上。总车轮力矩Mges分成被引导到前桥VA的车轮力矩MVA和通过闭合的片式离合器13引导到后桥HA的第二车轮力矩MHA。在全轮驱动接通时，控制器27控制离合器执行器28。所述离合器执行器产生压紧力FB，通过所述压紧力，在过度压紧时，保证车轮力矩MHA无打滑或者说无滑转地传递到后桥HA。
控制器27控制发动机力矩限制，在所述发动机力矩限制下，驱动总成1可被限制到最大允许发动机力矩Mmot,max。为了在起步过程中获得高的车辆加速度，在起步过程期间连续进行最大允许发动机力矩Mmot,max的求解以及与当前行驶状况的匹配，由此，前桥过载得到避免。这种前桥过载尤其是在前桥VA输出到沥青路(即前桥摩擦系数高)并且全轮驱动的后桥HA输出到冰地面(即后桥摩擦系数小)的行驶状况中产生。
如上所述，最大允许发动机力矩Mmot,max的求解和匹配在控制器27的分析处理单元29中例如在起步过程期间进行。以此方式，在起步时得到明显快的响应特性，因为最大允许发动机力矩Mmot,max可比现有技术公知的常规计算方法设置得明显高，而在前桥VA上不产生桥过载。
如从图2中所获知的那样，作为初始值在求解最大允许发动机力矩Mmot,max时使用前桥过载阈值前桥过载阈值在设计上已经预给定并且存储在分析处理单元29中。在达到前桥过载阈值时，在前桥VA上存在构件损坏的危险。
初始值(即前桥过载阈值)在行驶运行中由于状况原因而提高，确切地说通过加上在上述行驶状况中使前桥VA卸载的力矩分量、即潜在的最大允许后桥惯性矩MT,HA和发动机惯性矩MT,mot以及或者后桥最低桥力矩MHA,absetz或者EDS总力矩MEDS。
上述力矩分量在分析处理单元29的程序模块35、37、39、41中求解。所述程序模块与求和元件45处于信号连接中，在所述求和元件中，前桥过载阈值与使前桥VA卸载的力矩分量相加。其总和得到最大允许发动机力矩Mmot,max。
如下所述，潜在的最大允许后桥惯性矩MT,HA和后桥最低桥力矩MHA,absetz不是基于相应部件的传感器检测的角加速度dω和惯性来计算，而是在程序模块35和39中估计。以此方式，最大允许发动机力矩Mmot,max可以已经在开始就提高，而不必等到传感器检测角速度ω。
求解使前桥VA卸载的潜在的最大允许后桥惯性矩MT,HA在分析处理单元29的第一程序模块35中进行，该第一程序模块在图3中详细示出。因此，程序模块35具有第一求解单元31，在所述第一求解单元中首先求解在前桥VA上最大可设定的前桥力矩MVA,absetz。在第一求解单元31中，在前桥VA上最大可设定的前桥力矩MVA,absetz基于预定义的最大负荷状态以及设为1的前桥摩擦系数μVA(例如通过特性曲线或表格)求解。在预定义的最大负荷状态中考虑车辆重心以及车辆的预给定的最大重量。因此，在求解时从极端情况出发，在所述极端情况中在前桥VA上负载有最大重量并且前桥摩擦系数μVA大约为1。
在图2中，第一求解单元31与纵向加速度传感器28处于信号连接中，由此，最大可设定的前桥力矩MVA,absetz根据当前车辆纵向加速度ax来进行。在车辆停止时，纵向加速度相应于路面坡度。在车辆加速时，纵向加速度相应于路面坡度和车辆加速度的总值。
在第一求解单元31中求解的最大可设定的前桥力矩MVA,absetz在图3中被引导到减法单元33。在减法单元33中求解潜在的最大允许前桥惯性矩MT,VA，确切地说通过从前桥过载阈值减去最大可设定的前桥力矩MVA,absetz。潜在的最大允许后桥惯性矩MT,VA定义一个阈值，所述阈值可由实际的前桥惯性矩达到，而不超过前桥过载阈值
此外，在图2中，程序模块35具有第二求解单元34，在所述第二求解单元中可借助于潜在的最大允许前桥惯性矩MT,VA求解潜在的最大允许后桥惯性矩MT,HA。
在第二求解单元34中确定最大允许后桥惯性矩MT,HA时使用这样的事实：在中间离合器的闭合状态中，后桥HA上的惯性矩MT,HA与前桥VA上的惯性矩MT,VA线性相关，确切地说根据车桥VA、HA的部件以及处于其之间的部件的惯性分量。
在此背景下，在第二求解单元31中使前桥VA的部件的惯性与后桥HA的部件的惯性成惯性比例。在对此予以考虑的情况下，以简单的三分律运算来计算后桥HA上的潜在的最大允许惯性矩分量MT,HA。
根据图2，在分析处理单元29的第二程序模块37中计算使前桥VA卸载的发动机惯性矩MT,mot(＝Jmot·dωmot)，其中，Jmot是发动机部件的惯性，ωmot是可传感器检测的角速度。
在分析处理单元29的第三程序模块39中，估计在处于冰地面上的后桥HA上最小可设定的最低桥力矩MHA,absetz，确切地说在估计后桥摩擦系数μVA在例如0.01与0.1之间的情况下。
在第四程序模块41中，将附加力矩Mzusatz和制动力矩MB求和成总力矩MEDS。附加力矩Mzusatz和制动力矩MB在后桥HA上的下述EDS干涉(EDS＝elektronischeDifferenzialsperre，电子差速器锁)下产生。
对于这种EDS干涉，驱动装置可具有电子差速器锁，通过所述电子差速器锁，后桥HA的在起步时打滑的车轮11可通过制动设备产生的制动力矩MB有目的地制动。由此，通过后桥差速器17，后桥HA的另一个车轮11被加载附加转矩Mzusatz，所述附加转矩的取值等于制动力矩MB的取值。如上已经提及的那样，在程序模块41中，附加力矩Mzusatz和制动力矩MB相加成总力矩MEDS。总力矩MEDS附加于上述惯性矩以及最低后桥力矩加到最大可设定的桥力矩MVA,absetz上，以便由此获得最大允许发动机力矩Mmot,max。
如从图2另外获知的那样，在两个并行连接的程序模块39、41与求和元件45之间的信号路径中，在中间连接有第一比较模块42。第一比较模块42将最低后桥力矩MHA,absetz和EDS总力矩MEDS中的较大力矩值传输到求和元件45并且阻拦较小值。
在第一比较模块42后面连接着第二比较模块44。在第二比较模块44中，由第一比较模块42传输的较大值与当前中间离合器力矩MKupplung相比较。第二比较模块44在此传输比较中的较小值。这就是说，在后桥HA上减小的力矩被限制到设定的中间离合器力矩的高度(如果所述中间离合器力矩低于潜在的可能的后桥力矩)。

Claims (11)

1.一种驱动装置，用于全轮驱动的双轮辙机动车，在所述机动车的动力总成系统中，驱动总成(1)在行驶运行中持久地输出到第一车桥(VA)并且通过中间离合器(13)输出到第二车桥(HA)，其中，在所述中间离合器(13)的闭合状态中，所述第二车桥(HA)与所述动力总成系统接通，在所述离合器(13)的打开状态中，所述第二车桥(HA)与所述动力总成系统脱耦，其中，在全轮驱动接通以及桥摩擦系数(μVA，μHA)大小不同的行驶状况中，在具有大桥摩擦系数(μVA)的车桥(VA)上可设定比在具有小桥摩擦系数(μHA)的车桥(HA)上大的车轮力矩(MVA)，其中，设置有控制器(27)，所述控制器为了限制发动机力矩而将所述驱动总成(1)限制到最大允许发动机力矩(Mmot,max)，其特征在于：为了避免在具有大桥摩擦系数(μVA)的车桥(VA)上桥过载，所述控制器(27)具有分析处理单元(29)，通过所述分析处理单元可求解和匹配所述最大允许发动机力矩(Mmot,max)；所述最大允许发动机力矩(Mmot,max)由存储在所述分析处理单元(29)中的在设计上预给定的过载阈值与具有小桥摩擦系数(μHA)的车桥(HA)上的至少一个潜在的最大允许惯性矩分量(MT,HA)相加(45)来求解，在达到所述过载阈值时在具有大桥摩擦系数(μVA)的车桥(VA)上存在构件受损的危险，所述惯性矩分量(MT,HA)使具有大桥摩擦系数(μVA)的车桥(VA)卸载。
2.根据权利要求1的驱动装置，其特征在于：求解所述最大允许发动机力矩(Mmot,max)在行驶运行中连续地尤其是至少在起步过程期间进行，由此，所述最大允许发动机力矩(Mmot,max)可连续地匹配于当前行驶状况。
3.根据权利要求1或2的驱动装置，其特征在于：所述分析处理单元(29)具有程序模块(35)，在所述程序模块中可求解具有小桥摩擦系数(μHA)的车桥(HA)上的使具有大桥摩擦系数(μVA)的车桥(VA)卸载的最大允许惯性矩分量(MT,HA)。
4.根据权利要求3的驱动装置，其特征在于：所述程序模块(35)具有第一求解单元(31)、减法单元(33)和第二求解单元(34)，在所述第一求解单元中可求解在具有大桥摩擦系数(μVA)的车桥(VA)上最大可设定的桥力矩(MVA,absetz)，在所述减法单元中可求解具有大桥摩擦系数(μVA)的车桥(VA)上的潜在的最大允许惯性矩(MT,VA)，在所述大桥摩擦系数下仍不存在桥过载，其中，求解所述惯性矩(MT,VA)通过从所述过载阈值减去所述最大可设定的桥力矩(MVA,absetz)来进行，在所述第二求解单元中可借助于具有大桥摩擦系数(μVA)的车桥(VA)上的最大允许的惯性矩(MT,VA)求解具有小桥摩擦系数(μHA)的车桥(HA)上的惯性矩分量(MT,HA)。
5.根据权利要求4的驱动装置，其特征在于：在所述程序模块(35)的第一求解单元(31)中，可基于预定义的最大负荷状态以及设为1的桥摩擦系数(μVA)通过例如特性曲线求解在具有大桥摩擦系数(μVA)的车桥(VA)上最大可设定的桥力矩(MVA,absetz)，确切地说根据当前车辆纵向加速度。
6.根据权利要求4或5的驱动装置，其特征在于：在所述中间离合器(13)的闭合状态中，后桥(HA)上的潜在的最大允许惯性矩(MT,HA)与前桥(VA)上的潜在的最大允许惯性矩(MT,VA)线性相关，确切地说根据所述车桥(VA，HA)的部件和处于其之间的部件的惯性分量。
7.根据上述权利要求任意之一的驱动装置，其特征在于：所述分析处理单元(29)具有程序模块(39)，在所述程序模块中可估计在具有小桥摩擦系数(μHA)的车桥(HA)上可设定的最低桥力矩(MHA,absetz)，确切地说为了求解所述最大允许发动机力矩(Mmot,max)将所述最低桥力矩(MHA,absetz)加到所述过载阈值上。
8.根据上述权利要求任意之一的驱动装置，其特征在于：所述驱动装置具有电子差速器锁(EDS)，通过所述电子差速器锁，车桥(HA)的在起步时打滑的车轮(11)可通过制动设备产生的制动力矩(MS)有目的地制动，由此，通过桥差速器(17)，所述车桥(HA)的另一个车轮(11)被加载附加转矩(Mzusatz)，所述附加转矩的取值等于所述制动力矩(MS)的取值；所述分析处理单元(29)具有EDS程序模块(41)，在所述EDS程序模块中将使具有大桥摩擦系数(μVA)的车桥(VA)卸载的总力矩(MEDS)附加地加到所述过载阈值上。
9.根据权利要求8的驱动装置，其特征在于：在所述程序模块(39，41)与求和元件(45)之间在中间连接有第一比较模块(42)；所述比较模块(42)将具有小桥摩擦系数(μHA)的车桥(HA)上的最低桥力矩(MHA,absetz)和所述EDS总力矩(MEDS)中的较大值传输到所述求和元件(45)并且阻拦较小值。
10.根据权利要求9的驱动装置，其特征在于：在所述第一比较模块(42)后面连接着第二比较模块(44)；在所述第二比较模块(44)中将在所述第一比较模块(42)中求解的较大值与当前中间离合器力矩(MKupplung)相比较；所述第二比较模块(44)将较小值传输到所述求和元件(45)。
11.一种用于运行根据上述权利要求任意之一的驱动装置的方法。
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