DE10044618A1 - Steuersystem zur variablen Drehmomentverteilung für ein vierradgetriebenes Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem zur variablen Drehmomentverteilung, insbesondere für ein vierradgetriebenes Fahrzeug, mit einem Bremsregelsystem, durch das ein radselektiver Bremseingriff möglich ist, und mit einer nicht-variablen Differenzialsperre, der ein festes Drehmomentverteilungsverhältnis zugeordnet ist. Wenn die Differenzialsperre eine Längssperre ist, wird zur Vergrößerung des möglichen Drehmomentverteilungsbereichs zwischen den Rädern der Hinterachse und den Rädern der Vorderachse bei mindestens einer vorgegebenen Betriebsbedingung an allen Rädern ein Bremseingriff vorgenommen. Wenn die Differenzialsperre eine Quersperre ist, wird zur Vergrößerung des möglichen Drehmomentverteilungsbereichs zwischen dem Rad der linken Seite der Quersperre und dem Rad der rechten Seite der Quersperre bei mindestens einer vorgegebenen Betriebsbedingung an beiden dieser Quersperre zugeordneten Rädern ein Bremseingriff vorgenommen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem zur variablen Drehmoment­ verteilung für ein vierradgetriebenes Fahrzeug nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2.

Ein derartiges Steuersystem ist beispielsweise in der DE 40 02 821 A1 be­ schrieben. Bekannt ist demnach eine Drehmomentverteilungseinrichtung zum Verändern des Drehmomentverteilungsverhältnisses zwischen den Vorder- und Hinterrädern durch entsprechende Steuerung einer Reibungs­ kupplung als Längssperre. Durch die Festlegung eines Drehmomentvertei­ lungsverhältnisses (TBR = Torque Bias Ratio) kann sowohl das Fahrverhalten als auch die Traktion eines Fahrzeuges erheblich beeinflusst werden. Ein ähnliches Steuersystem ist auch aus der EP 0 911 205 A2 bekannt. Steuer­ bare Kupplungen als Längssperren sind jedoch aufwendig, schwer und teuer.

Weiterhin ist aus der DE 40 02 821 A1 bekannt, bei einem vierradgetriebe­ nen Fahrzeug einen radselektiven Bremseingriff an einem Rad auszuführen, bei dem Schlupf aufgetreten ist. Hierdurch findet eine Stabilitätsregelung erst dann statt, wenn bereits eine Instabilität aufgetreten ist.

Bremsregelsysteme für radselektive Bremseingriffe sind insbesondere als Kombinationen von Antiblockier-, Antischlupf- und Fahrdynamikregelsyste­ men bekannt.

Weiterhin wird zum technischen Hintergrund auf die noch nicht veröffent­ lichte DE 199 50 205 hingewiesen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Steuersystem zum Verändern des Dreh­ momentverteilungsverhältnisses eingangs genannter Art im Hinblick auf die Sicherheit, die Kosten und den Bauraum zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 2 ge­ löst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.

Erfindungsgemäß wird bei einem Steuersystem zur variablen Drehmoment­ verteilung eingangs genannter Art, insbesondere für ein vierradgetriebenes Fahrzeug, wenn die Differenzialsperre eine Längssperre ist, zur Vergröße­ rung des möglichen Drehmomentverteilungsbereichs zwischen den Rädern der Hinterachse und den Rädern der Vorderachse bei mindestens einer vor­ gegebenen Betriebsbedingung an allen Rädern ein Bremseingriff vorge­ nommen, und wenn die Differenzialsperre eine Quersperre ist, zur Vergröße­ rung des möglichen Drehmomentverteilungsbereichs zwischen dem Rad der linken Seite der Quersperre und dem Rad der rechten Seite der Quersperre bei mindestens einer vorgegebenen Betriebsbedingung an beiden dieser Quersperre zugeordneten Rädern ein Bremseingriff vorgenommen. Hierbei können eine Vorderachs-Quersperre und/oder eine Hinterachs-Quersperre vorgesehen sein.

Insbesondere wird bei einer Kombination von Patentanspruch 1 und Patent­ anspruch 2 stets an allen Rädern ein erfindungsgemäßer Bremseingriff vor­ genommen, wenn in einem vierradgetriebenen Fahrzeug zumindest eine Längssperre vorgesehen ist.

Vorgegebene Betriebsbedingungen sind vorzugsweise eine Fahrt mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb einer definierten Schwelle und/oder eine Fahrt mit einem definierten, insbesondere sehr niedrigen Gang und/oder das Nicht-Vorliegen eines Radschlupfes.

Insbesondere Geländefahrzeuge mit Vierradantrieb sind in der Regel mit Differenzialsperren ausgestattet. Diese Differenzialsperren können geregelt sein, geschwindigkeitsgesteuert ("Speed-Sensing"; d. h. je größer die Diffe­ renzdrehzahl, desto höher das Sperrmoment) sein oder momentgesteuert ("Torque-Sensing"; d. h. das Moment kann bis zu einem bestimmten Verhält­ nis verteilt werden, danach bildet sich eine Differenzdrehzahl) sein. Die Er­ findung betrifft Torque-Sensing-Sperren. Derartige Torque-Sensing-Sperren können nur soviel Moment von einer Seite auf die andere umverteilen, bis die Momente zueinander ein bestimmtes Verhältnis erreicht haben. Torque- Sensing-Sperren können sowohl Quersperren an der Hinterachse und/oder an der Vorderachse als auch Längssperren zwischen der Hinterachse und der Vorderachse sein.

Beispiel anhand einer Hinterachs-Quersperre:
Eine Hinterachs-Quersperre habe ein Drehmomentverteilungsverhält­ nis (TBR) von 3. Wenn das Rad HL (hinten links) auf Eis steht und das Rad (HR) hinten rechts auf Asphalt, kann das Rad HL z. B. 100 Nm absetzen, bis es durchdreht. Da die Torque-Sensing-Sperre über ein Drehmomentvertei­ lungsverhältnis TBR von 3 verfügt, wird am Rad HR dreimal 100 Nm = 300 Nm abgesetzt werden. Insgesamt stehen also 400 Nm Antriebsmoment zur Verfügung.

Wenn ein Rad durchdreht, kann heute schon mit einem radselektiven Bremseingriff gegengewirkt werden. Dabei entsteht jedoch ein Einbruch im Antriebsmoment, da der Eingriff erst dann vorgenommen wird, wenn das Rad bereits durchdreht. Dies ist insbesondere bei "Kriechfahrt" in extremem Gelände störend.

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, unter vorgegebenen Betriebs­ bedingungen, wie insbesondere bei Kriechfahrt in extremem Gelände und/oder beim Anfahren an einem steilen Berg, die Bremsen schon vorab, d. h. bevor Schlupf entsteht, mit einem Bremsdruck zu beaufschlagen (Bremseingriff). Dabei wird ein Teil des Antriebsmoments für den Bremsein­ griff benötigt, der (größere) Rest dient zum Antrieb der Räder.

Nachdem, ausgehend von dieser Situation, das genannte Beispiel betrach­ tend, beim Durchdrehen eines Rades (hier des Rades HL) zusätzlich zum abgesetzten Antriebsmoment am Rad auch noch das Bremsmoment einge­ leitet wird, ist das gesamte Moment am Rad (hier Rad HL) höher. Die Diffe­ renzialsperre (hier die Quersperre) kann also (bei gleichbleibendem TBR) ein größeres Moment auf das andere Rad (hier das Rad HR) übertragen.

Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Brems-"Vorsteuerung" liegt also darin, dass zum Zeitpunkt des Durchdrehens eines Rades ein größeres Antriebs­ moment am anderen Rad abgesetzt wird. Am Beispiel betrachtet, dreht also das Rad HL erst später durch als ohne den erfindungsgemäßen Bremsein­ griff. Eine analoge Betrachtung kann auch bei einer Längssperre durchge­ führt werden, wobei hier einmal die Räder der einen Achse und einmal die Räder der anderen Achse jeweils in ihrer Gesamtheit betrachtet werden müssen.

Der synchrone Bremseingriff ändert die Drehmomentverteilung nicht sofort (vorerst bleibt die Drehmomentverteilung gleich), sondern die Sperren wer­ den durch den Bremseingriff in einen Zustand versetzt, der eine Vergröße­ rung des Bereichs der Drehmomentenverhältnisse bei Schlupf ermöglicht. Zusätzlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Bremseingriffs ist, dass beim Durchdrehen eines Rades bereits Bremsdruck vorhanden ist. Ein Bremsein­ griff aufgrund des Bremsregelsystems bei Auftreten eines Radschlupfs rea­ giert damit viel schneller. Hierdurch erhöht sich sowohl die Sicherheit als auch der Fahrkomfort.

Vorgegebene Betriebsbedingungen für die Vornahme des erfindungsge­ mäßen Bremseingriffs sind beispielsweise Bedingungen, durch die eine Langsamfahrt auf schwierigem Gelände erkannt werden können. Dies ist gegeben, wenn z. B. mit einem speziellen "Logier"-Gang und/oder mit dem ersten Gang gefahren wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Betriebsbedingung gefordert werden, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb einer vorgegebene Schwelle (z. B. v < 9 km/h) liegt. Weiterhin wer­ den die Differenzdrehzahlen an den Rädern sensiert und in der Weise ausgewertet, dass ein Nichtvorliegen eines Schlupfes erkannt wird. Diese Beispiele für vorgegebene Betriebsbedingungen sind jedoch nicht abschließend.

Die Höhe des Bremsdrucks beim erfindungsgemäßen Bremseingriff ist ab­ hängig vom Antriebsmoment, von dem jeweiligen Drehmoment-Verteilungs­ verhältnis TBR der Differenzialsperre und von der Regelphilosophie. Bei­ spielsweise sollte bei einem Drehmomentverteilungsverhältnis TBR von 3 der Bremsdruck höchstens dem halben Antriebsmoment entsprechen.

Ist die Auslegung der Differenzialsperre symmetrisch, dann sollten die Druckwerte an den Rädern so eingesteuert werden, dass die Bremskräfte an allen Rädern gleich sind. Bei asymmetrischer Auslegung der Differenzial­ sperre, kann es sinnvoll sein, asymmetrische Bremskräfte einzuleiten.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Sie zeigt die wesentlichen Komponenten des erfindungsgemäßen Steuer­ systems.

In der einzigen Figur ist ein vierradgetriebenes Fahrzeug schematisch mit einer festen, also nicht variablen Längssperre 1, mit einer Quersperre 2 für die Vorderachse, mit einer Quersperre 3 für die Hinterachse sowie mit Rä­ dern 4, 5, 6 und 7 dargestellt. Das Rad 4 ist das Rad HR (hinten rechts), das Rad 5 ist das Rad HL (hinten links), das Rad 6 ist das Rad VR (vorne rechts) und das Rad 7 ist das Rad VL (vorne links). Die Längssperre 1 weist ein Drehmomentübertragungsverhältnis TBR-LA, die Quersperre 2 weist ein Drehmomentübertragungsverhältnis TBR-VA und die Quersperre 3 ein Drehmomentübertragungsverhältnis TBR-HA auf. Weiterhin weist das Fahr­ zeug zusätzlich ein Steuergerät 8 als Teil eines Bremsregelsystems auf, durch das ein radselektiver Bremseingriff möglich ist. Dazu ist das Steuerge­ rät 8 mit den hier nicht dargestellten Bremsaktuatoren der Räder 4, 5, 6 und 7 in bekannter Weise verbunden. Das Steuergerät 8 weist vorzugsweise Signaleingänge zur Erfassung von die jeweiligen Betriebsbedingungen wie­ dergebenden Betriebsparameter (z. B. Lenkwinkel, Beschleunigung, Gier­ winkel, Fahrzeuggeschwindigkeit, Raddrehzahlen, eingelegter Gang usw.) auf. Im Steuergerät 8 sind vorzugsweise die für das erfindungsgemäße Steuersystem zur variablen Drehmomentverteilung notwendigen Funktionen integriert.

Soll beispielsweise der Drehmomentverteilungsbereich zwischen dem Rad 7 vorne links und dem Rad 6 vorne rechts vergrößert werden, wird unter der Annahme, dass die Auslegung der Vorderachs-Quersperre 2 symmetrisch ist, ein Bremseingriff an den Rädern 6 und 7 derart vorgenommen, dass die Bremskräfte an beiden Rädern gleich sind. Vorgegebene Betriebsbedingung für diesen Bremseingriff ist beispielsweise eine Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb einer vorgegebenen Schwelle (Langsamfahrt), der erste Gang (niedriger Gang) und das Nichtvorliegen eines Radschlupfes. Soll der mögli­ che Drehmomentverteilungsbereich zwischen den Rädern 4 und 5 der Hin­ terachse und den Rädern 6 und 7 der Vorderachse vergrößert werden, wird beispielsweise bei gleicher vorgegebener Betriebsbedingung an allen vier Rädern ein Bremseingriff vorgenommen. Ist die Längssperre 1 symmetrisch ausgelegt, werden dabei gleiche Bremskräfte an den Rädern 4, 5, 6 und 7 erzeugt. Würden beispielsweise die Hinterräder nahe an der Schlupfgrenze liegen, drehen diese bei einem erfindungsgemäßen Bremseingriff erst später durch als ohne Vornahme dieses Bremseingriffs.

Da das Steuersystem nicht vorab wissen kann, welches Rad bzw. welche Räder an welcher Achse als erstes an die Traktionsgrenze kommt, wird vor­ zugsweise stets vorsorglich Bremsdruck an allen vier Rädern aufgebaut, um eine künstliche Anhebung des Drehmomentenverhältnisses TBR-VA und/oder TBR-HA und/oder TBR-LA im Hinblick auf alles vorhandenen Diffe­ renzialsperren zu erzielen. Dabei wird der erfindungsgemäße Bremseingriff jedoch vorzugsweise auf sehr kleine Geschwindigkeiten beschränkt.

Claims (5)

1. Steuersystem zur variablen Drehmomentverteilung, insbesondere für ein vierradgetriebenes Fahrzeug, mit einem Bremsregelsystem, durch das ein radselektiver Bremseingriff möglich ist, und mit einer nicht-vari­ ablen Differenzialsperre, der ein festes Drehmomentverteilungsverhält­ nis zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzialsperre eine Längssperre (1) ist und dass zur Vergrößerung des möglichen Drehmomentverteilungsbereichs zwischen den Rädern der Hinterachse (4, 5) und den Rädern der Vorderachse (6, 7) bei mindestens einer vorgegebenen Betriebsbedingung an allen Rädern (4, 5, 6, 7) ein Bremseingriff vorgenommen wird.

2. Steuersystem zur variablen Drehmomentverteilung, insbesondere für ein vierradgetriebenes Fahrzeug, mit einem Bremsregelsystem, durch das ein radselektiver Bremseingriff möglich ist, und mit einer nicht­ variablen Differenzialsperre, der ein festes Drehmomentverteilungsver­ hältnis zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzial­ sperre eine Quersperre (2; 3) ist und dass zur Vergrößerung des mögli­ chen Drehmomentverteilungsbereichs zwischen dem Rad der linken Seite der Quersperre (7; 5) und dem Rad der rechten Seite der Quer­ sperre (6; 4) bei mindestens einer vorgegebenen Betriebsbedingung an beiden dieser Quersperre zugeordneten Rädern (6, 7; 4, 5) ein Brems­ eingriff vorgenommen wird.

3. Steuersystem nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorgegebene Betriebsbedingung eine Fahrt mit einer Fahr­ zeuggeschwindigkeit unterhalb einer definierten Schwelle ist.

4. Steuersystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorgegebene Betriebsbedingung eine Fahrt mit einem definierten Gang ist.

5. Steuersystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorgegebene Betriebsbedingung das Nicht- Vorliegen eines Radschlupfes ist.