DD294078A5

DD294078A5 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung von sperrdifferentialen

Info

Publication number: DD294078A5
Application number: DD34021090A
Authority: DD
Inventors: Eugen Stall; Robert Rickell
Original assignee: Gkn Automotive Ag,De
Priority date: 1990-04-27
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 1991-09-19

Abstract

Verfahren zur stufenlosen Steuerung des Sperrgrades von offenen Differentialgetrieben in einer angetriebenen Achse von mehrachsigen Fahrzeugen, bei dem ein Differenzgeschwindigkeitssollwert Dv soll fuer die ueber das Differentialgetriebe 1 angetriebenen Raeder HL, HR in Abhaengigkeit von der an den nicht angetriebenen Raedern VL, VR ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit vF bestimmt wird und die Radgeschwindigkeitsdifferenz Dv ist zwischen den ueber das Differentialgetriebe 1 angetriebenen Raeder HL, HR erfaszt und durch Variieren der Sperrwirkung auf den stets von Null abweichenden Differenzgeschwindigkeitssollwert Dv soll nachgeregelt wird. Fig. 2{Differentialgetriebe; Sperrdifferential, stufenlos; Sperrgrad; Achse; mehrachsiges Fahrzeug; Steuerung; Fahrzeuggeschwindigkeit; Radgeschwindigkeitsdifferenz}

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft )ln Verfahren und eine Vorrichtung zur stufenlosen Steuerung dee Sperrgrades von extern gesteuerten Sperrdifferentialen In einer angetriebenen Achse von mehrachslgen Fahrzeugen. Extern gesteuerte Sperrdifferentiale stehen hierbei im Gegensatz zu einfachen drehmoment· oder drehzahidlfferenzfühlenden Sperrdifferentlaien.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Sperrdifferentiale mit einer externen Steuerung weisen üblicherweise Lamellenkupplungen auf, mit denen das offene Differential gesperrt werden kann. Durch geeignete Stellglieder kann das mit der Lamellenkupplung übertragene Sperrmoment auf beispielsweise hydraulischem Wege stufenlos verändert werden. Diesjst wichtig, um mit Hilfe finer vornehmlich elektronischen Regelung das Sperrmoment Im Hinblick auf Traktion und Fahrstabilität möglichst out an die unterschiedlichen

Schlupf* biw. Reibverhältnisse iwlechen Reifen und Fahrbahn anzupassen. Mit Hilfe von Drehzahlsensoren an der angetriebenen und an der nicht angetriebenen Achse können die Schlupfverhältnisse der antreibenden Roder erkannt werden und durch Ansteuerung des Sperrdifferentiale das Durchdrehen eines Rades verhindert werden.

Es sind Regelverfahren bekannt, die In Abhängigkeit von der Jeweils mit den Raddrehzahlsensoren ermittelten Fahrsituation eine bestimmte Sperrwirkung einstellen. Für die verschiedensten Fahrsltuatlonen gibt es dabei eine Fülle unterschiedlicher Reaktionen der Sperrkupplung. Mit Berücksichtigung der verschiedensten Verhältnisse der Störgrößen zueinander führt dies zu komplexen und deshalb unübersichtlichen und aufwendigen Regelstrategien.

BoI bekannten Differentialen der genannten Art wird bei hohem Schlupf an der angetriebenen Achse die Sperrkupplung vollständig geschlossen, so daß bei 100% Sperrwirkung beide Räder der angetriebenen Achse mit genau der gleichen Drehzahl drehen. In diesem Fall läßt sich durch Auswertung der Drehzahl nicht mehr erkennen, ob die Notwendigkeit für die Betätigung der Sperrkupplung noch gegeben Ist. Änderungen der Griffigkeit, der Radlasten, des Lenkwinkels oder des Antriebsmomentes (Störgrößen) können In diesem Fall nicht mehr zur Anpassung des richtigen Sperrmomentes berücksichtigt werden. Die Möglichkeit, kurzzeitig die Sperrwirkung aufzuheben, um aus dem Verhalten der Raddrehzahlen die aktualisierte bzw. korrigierte Sperrwirkung für das nächste Zeitintervall zu berechnen, wäre aufgrund eines in Intervallen auf· und abschwellenden Sperrmomentes für die FahrstabllltBt ungünstig. Insbesondere für frontgetriebene Fahrzeuge ist dlo Betätigung eines gesteuerten Sperrdifferentials nach der obengenannten Art wegen negativer Lenkeinflüsse ungünstig.

Ziel der Erfindung .

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur stufenlosen Steuerung von Sperrdifferentialen auszubilden, mittels derer es möglich ist, unter Beachtung einer Vielzahl von Störgrößen den Aufwand von Regelstrategien zu verringern und dabei ein hohes Maß an Sicherheit zu erreichen.

Darlegung de· Wesens der Erfindung

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur stufenlosen Steuerung des Sperrgrades von extern gesteuerten Sperrdifferentialen bereitzustellen, welche bei Zustandsänderungen der Schlupfwerte an der angetriebenen Achse, hervorgerufen durch Änderung der Störgrößen, nämlich der Griffigkeit der Straßenoberfläche, der Radlasten und anderer Radkräfte, schnell reagieren.

Die Lösung hierfür besteht darin, daß ein Differenzgeschwindigkeitssollwert Ay₁₀H für die angetriebenen Räder in Abhängigkeit von der an den nicht angetriebenen Rädern ermittelte Fahrzeuggeschwindigkeit v_f bestimmt wird, und daß die Radgeschwindigkeitsdifferenz Δγΐ« zwischen den angetriebenen Rädern erfaßt und durch Variieren Differenzgeschwindigkeitesollwert Δν_ΙΟιι zum Ausgleich des Einflusses von Störgrößen nachgeregelt wird. Bevorzugt erfolgt dies, solange die Radgeschwindigkeitsdifferenz größer als der Differenzgeschwindigkeitssollwert Ist. Da hierbei das Sperrdifferential nie vollkommen gesperrt wird, können mit den beiden Drehzahlsensoren an den Rädern der angetriebenen Achse Jederzeit unterschiedliche Kraftechlußbedingungen erkannt werden. Grundprinzip dieser erfindungsgemäßen Regelstrategie ist es somit, daß die Sperrkupplung des Differentialgetriebes nie zu 100% sperren soll, sondern immer eine Begrenzung der Radgeschwindigkeitsdifferonz eingeregelt wird. Solange diese unterhalb des Differenzgeschwindigkeitssollwertes liegt, greift der Regelkreis nicht ein. Mit einer derartigen Closed-Ioop-Regelung des Sperrmomentes kann die Wirkung von weiteren Störgrößen neben der Veränderung der Reibwerte, beispielsweise die Änderung der Radlast, des Lenkwinkels und des Antriebsmomentes mittelbar über die Drehzahlerfassung berücksichtigt werden. Hierbei kann nach einer bevorzugten Weiterbildung insbesondere der Differenzgeschwindigkeitssollwert in Abhängigkeit vom Insbesondere über die Drehzahlerfassung an den gelenkten Rädern ermittelten Lenkwinkel 6_L beeinflußt v/erden.

In bevorzugter günstiger Auslegung wird das Verfahren so durchgeführt, daß bei geringen Fahrgeschwindigkeiten der zugeordnete Differenzgeschwindigkeitssollwert klein und konstant Ist und bei höheren Fahrgeschwindigkeiten insbesondere linear ansteigt.

Der bei niedriger Fahrgeschwindigkeit und beim Anfahren angenommene Differenzgeschwindigkeitssollwert wird möglichst niedrig gewählt, damit schon bei geringfügigem Durchdrehen eines Antriebsrades die Sperrwirkung einsetzt. Mit steigender Fahrgeschwindigkeit und steigendem Betrag des Lenkwinkels wird der Differenzgeschwindigkeitssollwert größer. Beim Bremsen bzw. beim Betätigen des Bremspedals wird nach einer weiteren günstigen Auslegung das Sperrmoment möglichst schn?ll abgeschaltet, so daß eine die Bremsung beeinflussende Sperrwirkung der angetriebenen Achse aufgehoben wird. Dies Ist für die Funktion von automatischen Blockierverhinderern von besonderer Bedeutung. Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung nach Art eines Closed-Ioop-Regelkrelses ist störsignalunempfindlich und kann auch nach betätigter Sperrkupplung das Sperrdifferential durch Auswertung der Einzelraddrehzahlen das Kupplungsmoment entsprechend den Kraftschlußverhältnissen kontinuierlich nachregeln. Im Hinblick auf Traktion und Stabilität sind deshalb bei dem hier genannten Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung Vorteile zu erwarten.

Ausführungsbelsplel Prinzipdarstellungen der erfindungsgemäßen Regelungsvorrichtung sind in den Zeichnungen dargestellt. Flg. 1: zeigt ein Prinzipbild mit Darstellung der Einflußgrößen, Fig. 2: zeigt ein Prinzipbild des erfindungsgemäßen Regelkreises in einer ersten Ausführung, Fig. 3: zeigt ein Prinzipbild des erfindungsgemäßen Regelkreises in einer zweiten Ausführung.

In Flo. 1 sind al« ToIIo eine« schematisierten Fahrzeugantriebs dlo nicht angetriebenen Vorderräder V₁, Vn, dlo über ein Differentialgetriebe 1 mit einer Sperrkupplung 2 verbundene Hinterräder Hi, Hr, elno Brennkraftmaschine 3 und olne elektronische Steuerung 4 dargestellt. Neben der Drohzahlerfassung aller vier Roder Ist durch Pfeile dlo ggfs. wechselweise Beeinflussung der elektronischen Steuerung mit dem Motorsteuerungesystem, dem Lenksystem, dem automatischen Getriebe und einer aktiven Radaufhängung dargestellt, während dlo Sperrkupplung direkt mit der elektronischen Steuerung 4 verbunden Ist.

In den Figuren 2 und 3 sind wiederum dlo nicht angetriebenen Vorderräder Vu Vk, dlo angetriebenen Hinterräder Hi, Ha, das Differentialgetriebe 1, die Sperrkupplung 2 und dlo Brennkraftmaschine 3 erkennbar. Die elektronische Steuerung 4 besteht Im einzelnen pus mehreren Einheiten, nämlich einer Einheit 4| zur Berechnung des Qeschwlndlgkeltsdlfferenzlstwertes aus der Radgeschwindigkeit an den angetriebenen Rädern, einer Einheit 4} zur Berechnung der Fahrgeschwindigkeit v? und des Lenkwinkels δι, einer Einheit 4» zur Sollwertberechnung der Differenzgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v, und vom Lenkwinkel C₁, einem Additlonsglled für die Werte des Radgeschwfndlgkeitssollwertes Δ_νΜ und des Differenzgeschwindigkeitssollwertes Δ_{ν Μ}ιι, und einem PID-Regler 44 zur Ansteuerung der Sperrwirkung der Sperrkupplung (nach Flg. 2) bzw. einem Signalbegrenzer 4» der bei negativen Werten dieser Addition sperrt sowie einem PID-Regler 4₍ (nach Flg. 3).

Claims

1. Verfahren zur stufenlosen Steuerung des Sperrgrades von extern gesteuerten Sperrdifferentialen In einer angetriebenen Achse von mehrachslgen Fahrzeugen, dadurch gekennzeichnet daß ein Differenzgeschwindigkeitssollwert (A_vl0n) für die angetriebenen Räder (H_L, Hr) In Abhängigkeit von der an den nicht angetriebenen Rädern (VoV_n) ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit (vf) bestimmt wird und daß die Radgeschwindigkeitsdifferenz (Δνΐ«) zwischen den angetriebenen Rädern (H_L, H_R) erfaßt und durch Variieren der Sperrwirkung auf den stets von Null abweichenden Differenzgeschwindigkeitssollwert ιΔ_ν(Οιι) zum Ausgleich des Einflusses von Störgrößen nachgeregelt wird,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Radgeschwindigkeitsdifferenz (Δ_νι,,) nachgeregelt wird solange die Radgeschwindigkeitsdifferenz (Δ_νι,,) größer als der Differenzgeschwindigkeitssollwert (Δ_νΜιι) ist,

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzgeschwlndigkeltssullwert (Δ_νιΟιι) in Abhängigkeit von dem an den nicht angetriebenen Rädern, insbesondere über die Radgeschwindlgkeitsdifferenzrerfaßten Lenkwinkel ( l) beeinflußt wird.

4. Verfahre" nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzgeschwindigkeitssollwert (Δ_νΜιι) in Abhängigkeit von weiteren fahrdynamisch relevanten Größen, insbesondere den Bewegungen der Radaufhängungen und/oder des Fahrzeugaufbaus beeinflußt wird,

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzgeschwindigkeitssollwert (Δ_νΜιι) bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten (v_F) klein und konstant ist und bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten insbesondere linear ansteigt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Bremsen des Fahrzeugs, insbesondere beim Betätigen des Bremspedals, die Sperrwirkung zwischen den angetriebenen Rädern (Hy, Hr) unverzüglich aufgehoben wird.

7. Vorrichtung zur Steuerung des Sperrgrades von Differentialgetrieben mit einer Sperrkupplung in einer angetriebenen Achse eines mehrachslgen Fahrzeuges, mit Drehzahlsensoren an den angetriebenen Rädern und mindestens einem Drehzahlsensor an einer nicht angetriebenen Achse, und mit einer Reglereinheit, dadurch gekennzeichnet« daß die Drehzahlsensoren an der nicht angetriebenen Achse (V₁, Vr) mit einer Rechnerfunktionseinheit (4₂) verbunden sind, die die Fahrzeuggeschwindigkeit (v_F) und der dem Lenkwinkel (δ) entsprechenden Größe berechnet, daß diese Rechnerfunktionseinheit (4₂) mit einer weiteren Rechnerfunktionseinheit (43) verbunden ist, die einen Differenzgeschwindigkeitssollwert (Δ_νΜκ) für die Räder der angetriebenen Achse (H_L, H_R) in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und eine dem Lenkwinkel (δ) entsprechende Größe berechnet oder nach Geschwindigkeitsbereichen aus einem Wertevorrat auswählt, daß die Drehzahlsensoren an den Rädern der angetriebenen Achse (Hl, Hr) mit einer Rechnerfunktionseinheit (4i) verbunden sind, die die Radgeschwindigkeitsdifferenz (Δ_νι,,) errechnet, und daß eine Rechnerfunktionseinheit Differenzgeschwindigkeitssollwert (Δ_ν(Οιι) und Radgeschwindigkeitsdifferenz (Δ_νι«) vergleicht und über eine Rechnerfunktionseinheit mit Reglerfunktion (44) ein Stellglied für die Sperrkupplung (2) des Differentialgetriebes ansteuert.