DE102004004867A1

DE102004004867A1 - Verfahren und Anordnung zur Steuerung einer Kraftfahrzeug-Drehmomentübertragungskupplung

Info

Publication number: DE102004004867A1
Application number: DE102004004867A
Authority: DE
Inventors: Manfred Steding; Stefan Fries; Klaus MÄTZSCHKER; Michael HÖCK
Original assignee: GKN Driveline International GmbH
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2005-08-25
Also published as: WO2005073011A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Steuerung einer Kraftfahrzeug-Drehmomentübertragungskupplung (z. B. 36) vorgeschlagen, deren Kupplungszustand das Verteilungsverhältnis eines Antriebsmoments zwischen einer ersten (24) und einer zweiten (26) Radanordnung des Fahrzeugs (10) bestimmt. Die Kupplung ist zwischen einem ersten Endzustand, in dem sie im wesentlichen kein Drehmoment überträgt, einem zweiten Endzustand, in dem sie einen maximalen Anteil des Antriebsmoments übertrag, sowie einer Vielzahl von Zwischenzuständen zwischen den beiden Endzuständen verstellbar. Erfindungsgemäß wird mindestens ein von einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs verschiedener Betriebsparameter des Fahrzeugs auf eine vorbestimmte Bedingung überwacht, welche für einen von einem Fahrer des Fahrzeugs eingeleiteten, im Sinne einer Geschwindigkeitserhöhung wirkenden Beschleunigungsvorgang repräsentiv ist. Bei Erkennung eines Beschleunigungsvorgangs wird die Kupplung (36) in einen vorbestimmten, von dem ersten Endzustand verschiedenen Beschleunigungs-Kupplungszustand eingestellt. Als repräsentiver Betriebsparameter zur Erkennung eines Beschleunigungsvorgangs wird vorzugsweise das Motormoment, welches von einem Antriebsmotor (12) des Fahrzeugs bereitgestellt wird, oder/und die Stellung eines Gaspedals (54) des Fahrzeugs verwendet.

Description

Die Erfindung befasst sich mit der aktiven Steuerung der Drehmomentverteilung zwischen Rädern eines Kraftfahrzeugs.

Ausgleichsgetriebe (Differentiale) werden in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um unterschiedliche Drehzahlen zwischen verschiedenen Rädern des Fahrzeugs zu ermöglichen. Dabei wird gemeinhin zwischen Querdifferentialen (Achsdifferentialen) und Zentraldifferentialen unterschieden. Querdifferentiale ermöglichen Drehzahlunterschiede zwischen Rädern einer Achse des Fahrzeugs, während Zentraldifferentiale derartige Unterschiede zwischen Rädern verschiedener Achsen ermöglichen.

Differentialsperren wirken der Ausgleichswirkung des Differentials entgegen. Es sind passive Differentialsperren bekannt, bei denen die Sperrwirkung von einer Drehzahldifferenz abhängt. Ein Beispiel einer solcher drehzahldifferenzabhängigen Differentialsperre ist eine Visco-Kupplung. Die Sperrwirkung der Visco-Kupplung beruht auf Flüssigkeitsreibung. Es gibt auch drehmomentabhängige Differentialsperren, beispielsweise das sogenannte Torsen-Differential. Eine gezielte Beeinflussung der Sperrwirkung ist bei passiven Systemen nicht möglich.

Im Unterschied zu passiven Systemen kann bei aktiven Differentialsperren die Sperrwirkung definiert eingestellt werden. Als aktive Differentialsperren finden steuerbare Kupplungen Anwendung, die zumeist stufenlos zwischen einem vollständig geöffneten Zustand, in dem sie kein Drehmoment übertragen und dementsprechend keine Sperrwirkung entfalten, und einem vollständig geschlossenen Zustand verstellt werden können, in dem sie einen maximalen Anteil des durch das Differential aufzuteilenden Antriebsmoments übertragen und entsprechend eine maximale Sperrwirkung entfalten. Ein Beispiel einer für aktive Differentialsperren verwendeten Kupplung ist eine Lamellenkupplung, bei der die Sperrwirkung auf der Reibung von Reiblamellen aneinander beruht.

Bei Allrad-Fahrzeugen ist der Allradantrieb oftmals nicht permanent, sondern als sogenanntes "On Demand"-Konzept verwirklicht. Bei Fahrzeugen mit dieser Technik enthält der Antriebsstrang eine primär angetriebene Achse, wobei durch Schließen einer Kupplung eine sekundäre Achse zugeschaltet werden kann. Derartige Kupplungen werden nachfolgend Verteilerkupplungen genannt. Ist die Verteilerkupplung offen, erhält die sekundäre Achse kein Antriebsmoment, ist sie dagegen zumindest teilweise geschlossen, wird ein Teil des vom Antriebsmotor des Fahrzeugs zur Verfügung gestellten Motormoments zur sekundären Achse geleitet.

Auch bei Verteilerkupplungen wird zwischen passiven und aktiven Lösungen unterschieden. Für passive Lösungen werden beispielweise wiederum Visco-Kupplungen eingesetzt, die auf das Auftreten eines Schlupfes (Drehzahldifferenz) zwischen primärer und sekundärer Achse ansprechen und selbsttätig schließen, wobei der Grad des Schließens schlupfabhängig ist. Aktive Lösungen umfassen eine aktiv steuerbare Kupplung, beispielsweise wiederum eine Lamellenkupplung.

Verteilerkupplungen wie auch Sperrkupplungen (d.h. Kupplungen für Differentialsperren) sind demnach Komponenten, die durch ihren Kupplungszustand die Verteilung eines Antriebsmoments auf verschiedene Räder – oder allgemein Radanordnungen – des Fahrzeugs bestimmen. Der Begriff "Radanordnung" ist hier so zu verstehen, dass er sowohl ein einzelnes Rad als auch zwei oder mehr Räder umfasst. Beispielsweise bestimmt eine zentral in den Antriebsstrang zwischen einer Vorder- und einer Hinterachse geschaltete Verteilerkupplung das Verhältnis, in dem Antriebsmoment zwischen den (jeweils mehreren) Rädern dieser beiden Achsen aufgeteilt wird. Eine Sperrkupplung eines Querdifferentials bestimmt dagegen das Verhältnis, in dem ein der betreffenden Achse zur Verfügung gestelltes Antriebsmoment auf das (mindestens eine) linke und das (mindestens eine) rechte Rad dieser Achse aufgeteilt wird.

Bei gesteuerten Kupplungen zur Steuerung der Drehmomentverteilung in einem Fahrzeug, seien es Verteilerkupplungen oder seien es Sperrkupplungen, erfolgt bisher eine Aktivierung der Kupplung erst dann, wenn eine bestimmte minimale Drehzahldifferenz zwischen Rädern des Fahrzeugs erfasst wird. Hierzu wird die Raddrehzahl der einzelnen Räder sensorisch erfasst und an eine elektronische Steuereinheit geliefert, die daraus den Schlupf ermittelt. Ein bestimmter Bereich kleiner Drehzahldifferenzen wird oftmals zugelassen, um beispielsweise solche Drehzahldifferenzen außer Acht zu lassen, die allein schon durch unterschiedlich starke Abnutzung der Reifen hervorgerufen werden. Auch ist es bekannt, die Regelschwelle mit zunehmender Geschwindigkeit und zunehmendem Lenkwinkel des Fahrzeugs zu erhöhen. Sobald jedoch die detektierte Drehzahldifferenz die Regelschwelle überschreitet, sendet die Steuereinheit einen entsprechenden elektronischen Befehl an die Kupplung. Abhängig davon, wie stark die erfasste Drehzahldifferenz ist, wird die Kupplung mehr oder weniger stark geschlossen, um so dem Schlupf entgegenzuwirken.

Es hat sich allerdings gezeigt, dass die bisherigen Systeme zur Steuerung von aktiven Verteiler- und Sperrkupplungen bei Beschleunigungsvorgängen (mit positiver Beschleunigung, d.h. Geschwindigkeitserhöhung) ungenügend arbeiten. Solche Beschleunigungsvorgänge führen häufig zu einem Durchdrehen einzelner Räder oder Achsen. Dies hat zur Folge, dass eine Drehzahldifferenz zwischen den Rädern einer Achse und/oder zwischen den Rädern verschiedener Achsen auftritt, die zunächst sensiert und dann von der Steuereinheit berechnet werden muss. Anschließend muss von der Steuereinheit ein Steuerbefehl zum Schließen der Kupplung ausgesendet werden, bevor Letztere geschlossen wird.

Die elektrische und die mechanische Signalstrecke bringen dabei eine Zeitverzögerung mit sich, während der die Drehzahldifferenz weiter ansteigen kann. Diese Verzögerungen können zum Auftreten vergleichsweise hoher Drehzahldifferenzen führen, mit der Folge entsprechend mangelhafter Traktion und indifferenten fahrdynamischen Verhaltens des Fahrzeugs. Herkömmliche reine Drehzahldifferenz-Regler können die plötzlich auftretenden Drehzahldifferenzen nicht rasch genug auf den Zielwert herunterbringen, ohne Schwingungen zu vermeiden. Deshalb ist der Regler in der Steuereinheit typischerweise so ausgelegt, dass die Drehzahldifferenz vergleichsweise langsam reduziert wird. Dies hat einen entsprechend langsamen Aufbau des Kupplungsmoments zur Folge.

Von vielen Fahrern wird ein derart verzögertes Ansprechen der Verteiler- oder Sperrkupplung als unakzeptabel empfunden, da sie zunächst ein Durchdrehen des oder der Räder wahrnehmen, bevor die Traktion spürbar und insbesondere ruckartig zunimmt. Fahrdynamisch kann dieses verzögerte Ansprechen eine signifikante, abrupte Änderung des Fahrverhaltens des Fahrzeugs bewirken. Beispielsweise kann das Fahrzeug während der Phase, in der die Drehzahldifferenz ansteigt, ein untersteuerndes Fahrverhalten zeigen, welches sich auf das Schließen der Kupplung hin relativ schnell in ein Übersteuern umkehren kann. Viele Fahrer sind mit derart überraschenden Wechseln des Fahrverhaltens des Fahrzeugs überfordert, was bei falscher Reaktion des Fahrers zu gefährlichen Situationen führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, das fahrdynamische Verhalten eines mit einer aktiv steuerbaren Sperr- oder Verteilerkupplung ausgestatteten Fahrzeugs zu verbessern. Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Steuerung einer Kraftfahrzeug-Drehmomentübertragungskupplung, deren Kupplungszustand das Verteilungsverhältnis eines Antriebsmoments zwischen einer ersten und einer zweiten Radanordnung des Fahrzeugs bestimmt, wobei die Kupplung zwischen einem ersten Endzustand, in dem sie im wesentlichen kein Drehmoment überträgt, einem zweiten Endzustand, in dem sie einen maximalen Anteil des Antriebsmoments überträgt, und einer Vielzahl von Zwischenzuständen zwischen den beiden Endzuständen verstellbar ist.

Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass mindestens ein von einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs verschiedener Betriebsparameter des Fahrzeugs auf eine vorbestimmte Bedingung überwacht wird, welche für einen von einem Fahrer des Fahrzeugs eingeleiteten, im Sinne einer Geschwindigkeitserhöhung wirkenden Beschleunigungsvorgang repräsentativ ist, und dass bei Erkennung eines Beschleunigungsvorgangs die Kupplung in einen vorbestimmten, von dem ersten Endzustand verschiedenen Beschleunigungs-Kupplungszustand eingestellt wird.

Die erfindungsgemäße Lösung geht den Weg, durch Überwachung mindestens eines geschwindigkeitsfremden Betriebsparameters des Fahrzeugs einen bevorstehenden Beschleunigungsvorgang zu erkennen. Dabei wird dieser Betriebsparameter auf ein zuvor definiertes Verhaltensmuster untersucht, das vernünftigerweise auf einen solchen Beschleunigungsvorgang schließen lässt. Wird dann eine bevorstehende Beschleunigung des Fahrzeugs erkannt, wird ein solcher Kupplungszustand eingestellt, der die bisher beobachteten Drehzahldifferenzen gar nicht erst auftreten lässt oder zumindest nur in erheblich geringerem Maß auftreten lässt. Die Kupplung wird sozusagen vorbeugend (teilweise oder vollständig) geschlossen. Damit lassen sich die Traktion verbessern und das Fahrverhalten des Fahrzeugs stabilisieren. Insbesondere kann so das oben angesprochene plötzliche Umschlagen zwischen untersteuerndem und übersteuerndem Verhalten vermieden werden.

Eine bestimmte Geschwindigkeitszunahme innerhalb einer bestimmten Zeitspanne eignet sich nicht als Indikator für einen bevorstehenden Beschleunigungsvorgang. Wenn eine solche Geschwindigkeitszunahme stattfindet, ist der Beschleunigungsvorgang schließlich bereits im Gange. Drehzahldifferenzen sind dann möglicherweise schon aufgetreten. Der Beschleunigungsvorgang soll jedoch vorteilhafterweise erkannt werden, bevor die beschleunigungsbedingten Drehzahldifferenzen auftreten.

Zweckmäßige Indikatoren für einen bevorstehenden Beschleunigungsvorgang können dagegen die Stellung eines Gaspedals des Fahrzeugs sowie das von einem Antriebsmotor des Fahrzeugs bereitgestellte Motormoment sein. Zur Erkennung eines Beschleunigungsvorgangs wird deshalb vorzugsweise ein für die Gaspedalstellung repräsentatives Pedalstellungssignal oder/und ein für das Motormoment repräsentatives Motormomentensignal überwacht.

Dabei wird zweckmäßigerweise aus dem Motormomentensignal eine zeitliche Ableitung des Motormoments ermittelt und ein Beschleunigungsvorgang zumindest abhängig davon festgestellt, dass die zeitliche Ableitung des Motormoments einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt. Alternativ oder zusätzlich wird aus dem Pedalstellungssignal eine zeitliche Ableitung der Gaspedalstellung ermittelt und ein Beschleunigungsvorgang zumindest abhängig davon festgestellt, dass die zeitliche Ableitung der Gaspedalstellung einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.

Bei der zeitlichen Ableitung des Motormomentensignals bzw. des Pedalstellungssignals kann es sich um die erste zeitliche Ableitung des betreffenden Signals, aber auch um die zweite zeitliche Ableitung handeln. Es ist sogar denkbar, beide zeitlichen Ableitungen zur Erkennung eines bevorstehenden Beschleunigungsvorgangs auszuwerten.

Vorzugsweise ist der Beschleunigungs-Kupplungszustand ein Zwischenzustand der Kupplung, d.h. ein Kupplungszustand, bei dem die Kupplung nur teilweise geschlossen ist. Dieser Zwischenzustand ist bevorzugt so gewählt, dass die Kupplung weniger als 80% des maximal von ihr übertragbaren Anteils des Antriebsmoments überträgt. Es ist freilich nicht grundsätzlich ausgeschlossen, für den Beschleunigungs-Kupplungszustand die Kupplung vollständig zu schließen, sie also in den zweiten Endzustand einzustellen.

Es hat sich gezeigt, dass die traktionsverbessernde und stabilisierende Wirkung der Erfindung optimiert werden kann, wenn für unterschiedliche Lenkwinkel des Fahrzeugs ein unterschiedlicher Beschleunigungs-Kupplungszustand eingestellt wird. Es wird deshalb in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass der Beschleunigungs-Kupplungszustand abhängig von einem Lenkwinkel des Fahrzeugs festgelegt wird.

Insbesondere kann dabei so vorgegangen werden, dass zumindest in einem vorbestimmten Lenkwinkelbereich bei einer geringeren Abweichung des Lenkwinkels von einem einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs entsprechenden Null-Lenkwinkel ein Beschleunigungs-Kupplungszustand gewählt wird, in dem ein größerer Anteil des Antriebsmoments über die Kupplung übertragen wird, und bei einer größeren Abweichung des Lenkwinkels von dem Null-Lenkwinkel ein Beschleunigungs-Kupplungszu stand gewählt wird, in dem ein geringerer Anteil des Antriebsmoments über die Kupplung übertragen wird.

Es hat sich ferner gezeigt, dass es vorteilhaft sein kann, den Beschleunigungs-Kupplungszustand abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs festzulegen.

Es kann vorgesehen sein, dass das Beschleunigungs-Kupplungsmoment nur dann eingestellt wird, wenn eine von Null verschiedene Geschwindigkeit des Fahrzeugs vorliegt. Hierzu muss natürlich die Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechend überwacht werden. Es kann sogar eine von Null verschiedene untere Schwelle für die Fahrzeuggeschwindigkeit definiert werden, die überschritten werden muss, bevor das Beschleunigungs-Kupplungsmoment eingestellt wird.

Nach Einstellung des Beschleunigungs-Kupplungszustands wird die Kupplung vorzugsweise in Abhängigkeit mindestens eines der folgenden Parameter wieder geöffnet: Zeit, Stellung eines Gaspedals des Fahrzeugs, Geschwindigkeit des Fahrzeugs, bereitgestelltes Motormoment eines Antriebsmotors des Fahrzeugs. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Kupplung nicht länger als erforderlich Kupplungsmoment überträgt.

Wie bereits weiter oben erwähnt, können die beiden Radanordnungen an einer gemeinsamen Achse angeordnet sein und die Kupplung als steuerbare Sperrkupplung eines Querdifferentials dieser Achse dienen. Ebenso können die beiden Radanordnungen an verschiedenen Achsen des Fahrzeugs angeordnet sein und die Kupplung als steuerbare Sperrkupplung eines Zentraldifferentials eines das Antriebsmoment auf die beiden Achsen verteilenden Verteilergetriebes des Fahrzeugs dienen. Auch können die beiden Radanordnungen an verschiedenen Achsen des Fahrzeugs angeordnet sein und die Kupplung als steuerbare Verteilerkupplung zur Verteilung des Antriebsmoments auf die beiden Radanordnungen dienen.

Vorzugsweise umfasst die Kupplung eine elektromotorische Stelleinheit, welche zur Verstellung des Kupplungszustands der Kupplung elektrisch angesteuert wird. Grundsätzlich sind beliebige Stellprinzipien vorstellbar. Eine Möglichkeit besteht in einem Stellmechanismus mit zwei axial gegenüberliegenden, relativ zueinander verdrehbaren Scheibenteilen, die zwischen sich eine Kugelanordnung aufnehmen, wobei diese Kugelanordnung an mindestens einer Rampenbahn mindestens eines der Scheibenteile geführt ist. Durch relatives Verdrehen der beiden Scheibenteile kann dabei eine Verlagerung der Kugelanordnung entlang der mindestens einen Rampen bahn herbeigeführt werden, was den axialen Abstand zwischen den beiden Scheibenteilen beeinflusst.

Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zur Steuerung einer Kraftfahrzeug-Drehmomentübertragungskupplung, deren Kupplungszustand das Verteilungsverhältnis eines Antriebsmoments zwischen einer ersten und einer zweiten Radanordnung des Fahrzeugs bestimmt, wobei die Kupplung zwischen einem ersten Endzustand, in dem sie im wesentlichen kein Drehmoment überträgt, einem zweiten Endzustand, in dem sie einen maximalen Anteil des Antriebsmoments überträgt, und einer Vielzahl von Zwischenzuständen zwischen den beiden Endzuständen verstellbar ist. Erfindungsgemäß umfasst diese Anordnung eine die Kupplung steuernde elektronische Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist, mindestens einen von einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs verschiedenen Betriebsparameter des Fahrzeugs auf eine vorbestimmte Bedingung zu überwachen, welche für einen von einem Fahrer des Fahrzeugs eingeleiteten, im Sinne einer Geschwindigkeitserhöhung wirkenden Beschleunigungsvorgang repräsentativ ist, und bei Erkennung eines Beschleunigungsvorgangs die Kupplung in einen vorbestimmten, von dem ersten Endzustand verschiedenen Beschleunigungs-Kupplungszustand einzustellen. Die Anordnung kann weitere der zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Merkmale aufweisen.

Außerdem betrifft die Erfindung einen Programmcode, der dazu bestimmt und ausgelegt ist, bei Ausführung auf einem programmgesteuerten Rechner eines Kraftfahrzeugs die Durchführung des Verfahrens der vorstehend beschriebenen Art zu bewirken. Ein solcher Programmcode kann auf einem digitalen Speichermedium, etwa einer magnetisch oder optisch lesbaren Informationsträgerscheibe, bereitgestellt werden, weshalb sich die Erfindung auch auf ein solches Speichermedium mit darauf gespeichertem maschinenlesbaren Programmcode zur Ausführung des Verfahrens der vorstehend beschriebenen Art erstreckt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:
1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines mechanischen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit für die Steuerung von Sperrkupplungen des Antriebsstrangs benötigten elektrischen und elektronischen Komponenten,
2 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines mechanischen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit für die Steuerung einer Verteilerkupplung des Antriebsstrangs benötigten elektrischen und elektronischen Komponenten,
3 ein qualitatives Kennliniendiagramm für die Abhängigkeit eines bei Erkennung eines Beschleunigungsvorgangs einzustellenden Beschleunigungs-Kupplungszustands von einem Lenkwinkel des Fahrzeugs,
4 ein qualitatives Kennliniendiagramm für die Abhängigkeit des Beschleunigungs-Kupplungszustands von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs,
5 ein qualitatives Kennliniendiagramm, das die Zeitabhängigkeit der Rückführung einer Verteiler- oder Sperrkupplung von einem Beschleunigungs-Kupplungszustand in Richtung hin zu einem geöffneten Zustand veranschaulicht,
6 ein beispielhaftes Zeitdiagramm verschiedener Betriebsparameter des Fahrzeugs bei Beschleunigungsvorgängen und
7 ein Flussdiagramm, das Schritte eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens darstellt.
In 1 ist ein mechanischer Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs gezeigt, der allgemein mit 10 bezeichnet ist. Der Antriebsstrang 10 enthält einen Antriebsmotor 12, von dem für den Vortrieb des Fahrzeugs nutzbares Motormoment bereitgestellt wird. Der Antriebsmotor 12 kann beispielsweise eine Brennkraftmaschine oder ein elektromotorisches Antriebsaggregat sein. Dem Antriebsmotor 12 nachgeschaltet ist ein Wechselgetriebe 14, welches beispielsweise ein handschaltbares Getriebe oder ein Automatikgetriebe sein kann. Zwischen dem Antriebsmotor 12 und dem Wechselgetriebe 14 kann eine in 1 nicht näher dargestellte Schaltkupplung angeordnet sein. Das von dem Wechselgetriebe 14 gewandelte Motormoment des Antriebsmotors 12 wird mittels eines Verteilergetriebes 16 in einem vorbestimmten symmetrischen oder unsymmetrischen Verhältnis auf eine Vorderachse 18 und eine Hinterachse 20 des Fahrzeugs aufgeteilt. Der zur Vorderachse 18 geleitete Teil des Motormoments wird mittels eines ersten Ausgleichsgetriebes (Differential) 22 auf ein linkes und ein rechtes gelenktes Vorderrad 24 bzw. 26 des Fahrzeugs aufgeteilt. Das durch das Differential 22 bewirkte Verteilungsverhältnis des an der Vorderachse 18 verfügbaren Antriebsmoments beträgt irr ungesperrten Fall 50%:50%. Ähnlich wird der von dem Verteilergetriebe 16 der Hinterachse 20 zugeteilte Anteil des Motormo ments mittels eines zweiten Differentials 28 zu gleichen Teilen auf ein linkes und ein rechtes Hinterrad 30 bzw. 32 des Fahrzeugs aufgeteilt.
Dem Verteilergetriebe 16 ist eine stufenlos steuerbare Sperrkupplung 34 zugeordnet, mittels der ein Zentraldifferential des Verteilergetriebes 16 teilweise oder vollständig sperrbar ist. Auch den Achsdifferentialen (Querdifferentialen) 22, 28 ist je eine stufenlos steuerbare Sperrkupplung 36 bzw. 38 zugeordnet, die eine teilweise oder vollständige Sperrung des betreffenden Differentials ermöglicht. Die Sperrkupplungen 34, 36, 38 sind jeweils mit einer elektromotorischen Stelleinheit 40 mechanisch gekoppelt, durch die ein gewünschter Kupplungszustand der jeweiligen Sperrkupplung eingestellt werden kann. Die Stelleinheiten 40 werden von einer elektronischen Steuereinheit 42 gesteuert, die entsprechende elektrische Steuersignale an die Stelleinheiten 40 liefert. Es versteht sich, dass jede der Stelleinheiten 40 und damit jede der Sperrkupplungen 34, 36, 38 individuell steuerbar ist.
Zur elektrischen Signalübertragung von und zu der Steuereinheit 42 dient eine serielle Busanordnung 43, die beispielsweise als CAN-(Controller Area Network) Bus ausgebildet sein kann. Schnittstellen, Protokolle und elektrische Schaltungstechnik für die Signalübertragung auf einem CAN-Bus sind weithin bekannt und müssen nicht näher erläutert werden. Es versteht sich, dass alternativ zu einer Busanordnung auch eine individuelle Verdrahtung der verschiedenen elektrischen Komponenten des Fahrzeugs mit der Steuereinheit 42 gegeben sein kann.
Die Steuereinheit 42 weist einen programmgesteuerten Mikroprozessor 44 auf, welcher nach Maßgabe eines in einem elektronischen Speicher 46 der Steuereinheit 42 abgelegten Steuerprogramms geeignete Steuersignale für die Stelleinheiten 40 erzeugt. Das Steuerprogramm ist schematisch in 1 bei 48 angedeutet. Zur Erzeugung geeigneter Steuersignale für die Stelleinheiten 40 ist die Steuereinheit 42 auf Informationen über verschiedene Betriebsparameter des Fahrzeugs angewiesen. Zu diesem Zweck kann sie über die Busanordnung 43 auf verschiedene Signale zugreifen, die für diese Betriebsparameter repräsentativ sind. Beispielsweise stellen Drehzahlsensoren 50 Informationen über die Drehzahl jedes der Räder 24, 26, 30, 32 bereit. Aus den gemessenen Raddrehzahlen kann die Steuereinheit 42 etwaige Drehzahldifferenzen zwischen den Rädern der Vorderachse 18, zwischen den Rädern der Hinterachse 20 sowie zwischen den Achsen 18, 20 berechnen. Außerdem kann die Steuereinheit 42 nach in der Fachwelt an sich bekannten Methoden eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermitteln.
Die Steuereinheit 42 kann ferner auf ein Motormomentensignal zugreifen, welches für das bereitgestellte Motormoment des Antriebsmotors 12 repräsentativ ist und von einem schematisch angedeuteten Momentensensor 52 auf die Busanordnung 43 ausgegeben wird. Ferner hat die Steuereinheit 42 über die Busanordnung 43 Zugriff auf ein Pedalstellungssignal, welches die Stellung eines Gaspedals 54 des Fahrers angibt. Die Pedalstellung wird von einem Pedalstellungssensor 56, der beispielsweise ein Potentiometersensor sein kann, erfasst.
Über die Busanordnung 43 kann die Steuereinheit 42 zudem auf ein Gangstellungssignal und ein Lenkwinkelsignal zugreifen. Das Gangstellungssignal wird von einem Gangstellungssensor 58 bereitgestellt, welcher die Gangstellung des Wechselgetriebes 14 erfasst. Aus dem Gangstellungssignal kann die Steuereinheit 42 erkennen, ob und welcher Gang eingelegt ist. Das Lenkwinkelsignal wird von einem Drehwinkelsensor 60 geliefert, welcher die Drehstellung eines Lenkrads 62 des Fahrzeugs bzw. einer das Lenkrad 62 tragenden Lenksäule erfasst. Die Drehstellung des Lenkrads 62 bzw. der Lenksäule ist ein Maß für den in 1 mit α beizeichneten Lenkwinkel des Fahrzeugs, d.h. die Winkelabweichung der Vorderräder 24, 26 von einer Geradeausstellung.
Während 1 den Fall eines Fahrzeugs mit permanentem Allradantrieb betrifft, zeigt 2 den Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit bedarfsweise zuschaltbarem Allradantrieb. Dieses Konzept ist auch unter der Bezeichnung "On Demand"-Technik bekannt. In 2 sind gleiche oder gleichwirkende Komponenten mit gleichen Bezugszeichen wie in 1 versehen, jedoch ergänzt um einen Kleinbuchstaben. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird nachfolgend lediglich auf Unterschiede zum Ausführungsbeispiel der 1 eingegangen. Bei dem Fahrzeug mit dem in 2 gezeigten Antriebsstrang handelt es sich um ein Fahrzeug mit Vorderachsantrieb, bei dem die Hinterachse mittels einer stufenlos steuerbaren Verteilerkupplung 64a antriebsmäßig zuschaltbar ist. Die Verteilerkupplung 64a ist zwischen Achsdifferentiale 22a, 28a der Vorderachse 18a bzw. der Hinterachse 20a geschaltet. Sie ersetzt das Verteilergetriebe 16 des Ausführungsbeispiels der 1 und erlaubt eine beliebige Aufteilung des vom Antriebsmotor 12a bereitgestellten Motormoments auf die beiden Achsen 18a, 20a. Der Kupplungszustand der Verteilerkupplung 64a kann durch eine von der Steuereinheit 42a steuerbare elektromotorische Stelleinheit 40a nach Wunsch eingestellt werden.
Die 1 und 2 stellen lediglich Beispiele von Antriebsstrangkonfigurationen dar, bei denen die Erfindung eingesetzt werden kann. Es versteht sich, dass verschiedene andere Konfigurationen des Antriebsstrangs vorstellbar sind. Beispielsweise kann bei dem "On-Demand"-Konzept der 2 die Hinterachse 20a die primär angetriebene Achse bilden, während die Vorderachse 18a als sekundäre Achse bei Bedarf zuschaltbar ist. In diesem Fall muss die Verteilerkupplung 64a an eine Stelle zwischen dem Wechselgetriebe 14a und dem Vorderachsdifferential 22a verlegt werden. Ebenso kann es sich um ein Fahrzeug mit reinem Vorderachsantrieb oder Hinterachsantrieb handeln, wo stets nur eine Achse angetrieben ist. Auch muss die Bestückung der Differentiale mit aktiv steuerbaren Sperrkupplungen nicht so sein, wie in den 1 und 2 dargestellt. Beispielsweise kann in 1 die aktiv steuerbare Kupplung 36 des Vorderachsdifferentials 22 oder/und die aktiv steuerbare Kupplung 38 des Hinterachsdifferentials 28 weggelassen oder durch eine passive, drehzahldifferenz- oder drehmomentfühlende Sperrkupplung ersetzt werden. Umgekehrt können in 2 eines oder beide der Differentiale 22a, 28a mit einer aktiv steuerbaren Sperrkupplung versehen werden. Unabhängig von der konkreten Antriebsstrangkonfiguration kann die Erfindung bei jeder aktiv steuerbaren Verteiler- oder Sperrkupplung Anwendung finden, durch deren Kupplungszustand sich das Verteilungsverhältnis eines Antriebsmoments auf verschiedene Räder des Fahrzeugs beeinflussen lässt.
Nachfolgend wird ein Steuerkonzept für die Vorderachs-Sperrkupplung 36 der 1 erläutert. Dieses Steuerkonzept ist sinngemäß auf die beiden anderen Sperrkupplungen 34, 38, auf die Verteilerkupplung 64a und generell auf jede andere Sperr- oder Verteilerkupplung übertragbar, die die Drehmomentverteilung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs beeinflusst. Im Normalfall ist die Sperrkupplung 36 offen, d.h., sie überträgt kein Kupplungsmoment. Das Differential 22 wirkt dann als offenes Differential. Sobald die Steuereinheit 42 aus den Raddrehzahlen der Vorderräder 24, 26 eine Drehzahldifferenz erfasst, gibt sie ein Steuersignal an die entsprechende Stelleinheit 40 aus, das eine Überführung der Sperrkupplung 36 in einen zumindest teilweise geschlossenen Kupplungszustand bewirkt. Das wenigstens teilweise Schließen der Sperrkupplung 36 legt ein Sperrmoment an das Differential 22 an, das der Ausgleichswirkung des Differentials 22 entgegenwirkt.
Die Steuereinheit 42 ist Teil eines Regelkreises, der Drehzahldifferenzen zwischen den Vorderrädern 24, 26 auf einen minimalen Wert gleich oder nahe Null einzuregeln versucht. Die Steuereinheit 42 enthält hierzu einen in Software oder Hardware implementierten Drehzahldifferenz-Regler, dem die erfasste Drehzahldifferenz als Regeldifferenz zugeführt wird. Das von dem Drehzahldifferenz-Regler ausgegebene Signal wird sodann in ein entsprechendes Steuersignal für die Stelleinheit 40 umgesetzt. Da allein schon durch unterschiedliche Abnutzung der Vorderräder 24, 26 oder andere Unsymmetrien eine geringe Drehzahldifferenz auftreten kann, ist zweckmäßigerweise eine Regelschwelle festgelegt, unterhalb der die Steuereinheit 42 nicht auf Drehzahldifferenzen reagiert.
Die Steuereinheit 42 spricht jedoch nicht nur auf Drehzahldifferenzen zwischen den Vorderrädern 24, 26 an, sondern auch auf bevorstehende Beschleunigungsvorgänge. Da die Wahrscheinlichkeit von traktionsmindernden und möglicherweise das fahrdynamische Verhalten des Fahrzeugs verschlechternden Drehzahldifferenzen zwischen den Vorderrädern 24, 26 bei Beschleunigung des Fahrzeugs vergleichsweise hoch ist, enthält das Steuerprogramm 48 der Steuereinheit 42 einen Algorithmus, der ein präventives wenigstens teilweises Schließen der Sperrkupplung 36 bewirkt, wenn ein bevorstehender Beschleunigungsvorgang erkannt wird.
Zu diesem Zweck überwacht die Steuereinheit 42 unter anderem das Motormomentensignal und das Pedalstellungssignal. In diesem Zusammenhang wird nunmehr auf 6 verwiesen. Dort sind beispielhafte Zeitverläufe des Motormomentensignals (bezeichnet mit M) und des Pedalstellungssignals (bezeichnet mit s) im Fall eines vom Fahrer eingeleiteten Beschleunigungsvorgangs dargestellt. Man erkennt, dass das Pedalstellungssignal s in kurzer Zeit sehr stark ansteigt und anschließend auf einem hohen Pegel verharrt. Dies entspricht einem vergleichsweise plötzlichen, starken Niedertreten des Gaspedals 54 durch den Fahrer, möglicherweise bis zum Endanschlag. Der im wesentlichen gleichbleibende Wert des Pedalstellungssignals s nach dem anfänglichen Anstieg entspricht dem Niederhalten des Gaspedals 54 in der gedrückten Stellung.
Bedingt durch das Niedertreten des Gaspedals 54 steigt das vom Antriebsmotor 12 bereitgestellte Motormoment an. Dementsprechend weist das Motormomentensignal M in 6 einen vergleichsweise starken Anstieg in dem Zeitbereich auf, in dem auch das Pedalstellungssignal s ansteigt.
Bei dem beispielhaften Zeitdiagramm der 6 fällt das Motormomentensignal M nach seinem anfänglichen Anstieg etwas ab, bevor es einen weiteren, diesmal schwächeren Anstieg zeigt. Dieser weitere Anstieg des Motormomentensignals kann z. B. aus einem Schaltvorgang eines vollautomatischen Wechselgetriebes nach sehr starkem, insbesondere vollständigem Niedertreten des Gaspedals 54 (Kick-Down) resultieren.
Eingezeichnet ist in 6 ferner ein beispielhafter zeitlicher Verlauf der mit v bezeichneten Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Man erkennt deutlich den durch das Niedertreten des Gaspedals 54 herbeigeführten Geschwindigkeitsanstieg.
Um rechtzeitig zu erkennen, wann ein Beschleunigungsvorgang stattfindet, ermittelt die Steuereinheit 42 aus wenigstens einem der beiden Signale s, M eine erste zeitliche Ableitung, d.h. eine zeitliche Änderungsrate. Die Steuereinheit 42 kann sich dabei auf das Motormomentensignal M beschränken. Sie kann aber auch alleine das Pedalstellungssignal s heranziehen oder sogar beide Signale auswerten. Sodann vergleicht die Steuereinheit 42 die berechnete erste zeitliche Ableitung des Motormomentensignals M bzw. des Pedalstellungssignals s mit einem vorbestimmten Schwellenwert. Falls die berechnete zeitliche Ableitung den vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, liegt für die Steuereinheit 42 ein Indikator vor, das ein Beschleunigungsvorgang vom Fahrer eingeleitet wurde. Der Schwellenwert für die erste zeitliche Ableitung des Motormomentensignals M bzw. des Pedalstellungssignals s ist so festgelegt, dass die Steuereinheit 42 nur auf hinreichend starke Beschleunigungsvorgänge anspricht, bei denen mit signifikanten Drehzahlunterschieden gerechnet werden muss. Bei genügend langsamen Beschleunigungsvorgängen besteht in der Regel kein Bedarf, ein Sperrmoment an das Differential 22 anzulegen.
Sobald die Steuereinheit 42 feststellt, dass das Motormomentensignal M oder/und das Pedalstellungssignal s den betreffenden Schwellenwert für die erste zeitliche Ableitung übersteigt, bewirkt sie die Einstellung eines vorbestimmten Beschleunigungs-Kupplungs-zustands an der Sperrkupplung 36. Die Sperrkupplung 36 wird hierzu nicht vollständig geschlossen. Vielmehr ist sie in dem Beschleunigungs-Kupplungszustand nur teilweise geschlossen. Das in dem Beschleunigungs-Kupplungszustand aufgebrachte Sperrmoment der Sperrkupplung 36 ist vorzugsweise nicht größer als 80%. Die Prozentangabe bezieht sich hierbei auf das insgesamt vom Differential 22 auf die Vorderräder 24, 26 zu verteilende Antriebsmoment, also den vom Verteilergetriebe 16 der Vorderachse 18 zugeteilten Teil des vom Antriebsmotor 12 gelieferten Motormoments.
Es versteht sich, dass bei Anwendung dieses Steuerkonzepts auf die Sperrkupplung 34 des Zentraldifferentials, auf die Hinterachs-Sperrkupplung 38 oder auf die Verteilerkupplung 64a der 2 andere Prozentwerte des im Beschleunigungs-Kupplungszustand übertragenen Kupplungsmoments gewählt werden können. Es hat sich jedoch als günstig erwiesen, stets nur einen teilweise geschlossenen Zustand der betreffenden Verteiler- oder Sperrkupplung einzustellen.
Die Einstellung des Beschleunigungs-Kupplungszustands bei Erkennung eines hinreichend starken Anstiegs des Motormomentensignals M oder/und des Pedalstellungssignals s kann außerdem noch abhängig davon gemacht werden, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit v ungleich Null ist oder eine vorbestimmte Mindestgeschwindigkeit übersteigt. Außerdem kann die Einstellung des Beschleunigungs-Kupplungszustands davon abhängig gemacht werden, dass vom Wechselgetriebe 14 ein bestimmter Gang eingelegt ist oder ein bestimmter Gang nicht eingelegt ist.
Die Steuereinheit 42 wählt den Beschleunigungs-Kupplungszustand der Sperrkupplung 36 abhängig vom Lenkwinkel α. Das Kennliniendiagramm der 3 zeigt eine beispielhafte Abhängigkeit des Beschleunigungs-Kupplungszustands vom Lenkwinkel α. Bei einem Lenkwinkel gleich Null, d.h. einer Geradeausstellung der Vorderräder 24, 26, wird ein Beschleunigungs-Kupplungszustand gewählt, in dem die Sperrkupplung 36 am stärksten geschlossen ist. Je stärker die Vorderräder 24, 26 bei Erkennung eines Beschleunigungsvorgangs von der Geradeausstellung abweichen, desto weniger stark ist die Sperrkupplung 36 im Beschleunigungs-Kupplungszustand geschlossen. Die Abhängigkeit des Beschleunigungs-Kupplungszustands vom Lenkwinkel α kann proportional sein, wie in 3 mit durchgezogener Linie angedeutet. Es sind freilich auch andere, nicht-lineare Abhängigkeiten des Beschleunigungs-Kupplungszustands vom Lenkwinkel α denkbar. Auch kann die Lenkwinkel-Kennlinie einen Bereich enthalten, in dem für verschiedene Lenkwinkel stets im wesentlichen der gleiche Beschleunigungs-Kupplungszustand eingestellt wird. Ein solcher Fall ist in 3 mit gestrichelter Linie angedeutet.
Die Lenkwinkel-Kennlinie des Beschleunigungs-Kupplungszustands ist in Form einer Tabelle oder einer mathematischen Gleichung in dem Speicher 46 der Steuereinheit 42 abgelegt. Erkennt die Steuereinheit 42 einen bevorstehenden Beschleunigungsvorgang, so ermittelt sie für den momentanen Wert des Lenkwinkels α aus der Lenkwinkel-Kennlinie einen Faktor, der in dem Diagramm der 3 mit f₁ bezeichnet ist. Der Faktor f₁ repräsentiert beispielsweise eine prozentuale Angabe für den Schließgrad, in den die Sperrkupplung 36 einzustellen ist.
Es ist denkbar, zusätzlich zu einer Lenkwinkelabhängigkeit des Beschleunigungs-Kupplungszustands eine Geschwindigkeitsabhängigkeit zu implementieren. Insbesondere kann daran gedacht werden, bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten einen Beschleunigungs-Kupplungszustand der Sperrkupplung 36 einzustellen, in dem diese weniger stark geschlossen ist als bei niedrigeren Geschwindigkeiten. Eine lediglich beispielhafte Kennlinie für eine mögliche Geschwindigkeitsabhängigkeit des Beschleu- Beschleunigungs-Kupplungszustands der Sperrkupplung 36 ist in 4 gezeigt. Die Geschwindigkeits-Kennlinie ist ähnlich wie die Lenkwinkel-Kennlinie tabellarisch oder in Form einer mathematischen Gleichung im Speicher 46 der Steuereinheit 42 abgelegt. Die Steuereinheit 42 kann aus ihr für einen gegebenen Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit v einen weiteren Faktor entnehmen, der im Diagramm der 4 mit f₂ bezeichnet ist. Auch der Faktor f₂ repräsentiert beispielsweise eine prozentuale Angabe für den einzustellenden Schließgrad der Sperrkupplung 36.
Um zu ermitteln, welcher Beschleunigungs-Kupplungszustand an der Sperrkupplung 36 einzustellen ist, multipliziert die Steuereinheit 42 dann die für den jeweiligen Wert des Lenkwinkels α und den jeweiligen Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit v ermittelten Werte der beiden Faktoren f₁ und f₂. Die Sperrkupplung 36 wird daraufhin nach Maßgabe des so durch Multiplikation errechneten Gesamtfaktors gesteuert.
Nachdem die Steuereinheit 42 die Einstellung des Beschleunigungs-Kupplungszustands an der Sperrkupplung 36 bewirkt hat, wird im weiteren Verlauf die Sperrkupplung 36 wieder geöffnet. Mit dem Öffnen der Sperrkupplung 36 kann unmittelbar, d.h. ohne wesentlichen Zeitverzug, nach Einstellung des Beschleunigungs-Kupplungszustands begonnen werden. Es kann auch eine vorbestimmte Zeitspanne definiert sein, die abgewartet werden muss, bevor mit dem Öffnen der Sperrkupplung 36 begonnen werden kann. Alternative auslösende Bedingungen für das Öffnen der Sperrkupplung 36 sind denkbar. Beispielsweise kann eine Bedingung sein, dass das Motormomentensignal M oder/und das Pedalstellungssignal s den als Kriterium für die Erkennung eines Beschleunigungsvorgangs festgelegten Schwellenwert der ersten zeitlichen Ableitung wieder unterschreiten oder einen anderen geeigneten Schwellenwert unterschreiten muss. Solange dies nicht der Fall ist, wird der eingestellte Beschleunigungs-Kupplungszustand aufrecht erhalten.
Unabhängig davon, welche auslösende Bedingung für den Beginn des Momentenabbaus zu erfüllen ist, folgt auch die Phase des Abbaus des Moments selbst in Abhängigkeit von mindestens einem Parameter. Beispielsweise kann der Abbau des Sperrmoments zeitabhängig geschehen. Eine beispielhafte Zeit-Kennlinie des Momentenabbaus ist in 5 gezeigt. t bezeichnet dort die Zeit, T das Tastverhältnis eines pulsbreitenmodulierten Ansteuersignals für die Stelleinheit 40 der Sperrkupplung 36. Bei Verwendung der Pulsbreitenmodulation als Ansteuermethode für die Stelleinheit 40 bzw. deren Elektromotor ist das Tastverhältnis T ein Maß für den Grad des Schließens der Sperrkupplung 36. Je geringer das Tastverhältnis, desto weniger stark ist die Sperrkupplung 36 geschlossen. Der Zeitpunkt t = 0 bezeichnet in dem Kennliniendiagramm der 5 den Zeitpunkt, zu dem die Steuereinheit 42 beginnt, die Sperrkupplung 36 ausgehend von dem Beschleunigung-Kupplungszustand wieder zu öffnen. Die Zeitabhängigkeit des Öffnens der Sperrkupplung 36 kann beispielsweise proportional mit Totzeit (gestrichelt in 5 eingezeichnet) oder ohne Totzeit (mit durchgezogener Linie gezeichnet) sein. Selbstverständlich sind beliebige andere, nicht-lineare Zeitabhängigkeiten beim Öffnungsvorgang der Sperrkupplung 36 vorstellbar.
Alternativ zu einem zeitabhängigen Öffnen kann auch ein geschwindigkeitsabhängiges Öffnen der Sperrkupplung 36 von der Steuereinheit 42 bewirkt werden. In letzterem Fall wird die Sperrkupplung 36 mit größer werdender Geschwindigkeit des Fahrzeugs zunehmend stärker geöffnet. Daneben ist es denkbar, den Öffnungsvorgang der Sperrkupplung 36 alternativ oder zusätzlich vom Motormoment des Antriebsmotors 12 oder/und von der Gaspedalstellung abhängig zu gestalten.
Es wird noch einmal auf 6 verwiesen. Dort ist zu erkennen, wie das Tastverhältnis T in Antwort auf den anfänglichen starken Anstieg der Signale s, M und den als Folge erkannten Beschleunigungsvorgang auf einen Wert T₁ angehoben wird, durch den die Sperrkupplung 36 in einen teilweise geschlossenen Beschleunigungs-Kupplungszustand eingestellt wird. Dieser Kupplungszustand wird für eine gewisse Zeit aufrechterhalten, bis zu einem Zeitpunkt t₁ von der Steuereinheit 42 das Ende des Beschleunigungsvorgangs erkannt wird und das Tastverhältnis T entsprechend wieder herabgesetzt wird. Bei dem späteren erneuten Anstieg des Motormomentensignals M erkennt die Steuereinheit 42 einen erneuten Beschleunigungsvorgang. Dies löst jedoch nur einen Anstieg des Tastverhältnisses T auf einen geringeren Wert T₂ aus. Ein möglicher Grund hierfür ist, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit v zwischenzeitlich zugenommen hat und die Steuereinheit 42 bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten einen weniger stark geschlossenen Kupplungszustand als Beschleunigungs-Kupplungszustand einstellt als bei niedrigeren Geschwindigkeiten. Entsprechend der vergleichsweise kurzen Phase des Momentenanstiegs wird auch das Tastverhältnis T nur vergleichsweise kurzzeitig auf dem Wert T₂ gehalten, bevor es wieder abgesenkt wird.
Es kann sein, dass sich der Lenkwinkel α in der Phase zwischen Aufbau und vollständigem Abbau des Kupplungsmoments der betreffenden Sperr- oder Verteilerkupplung ändert. Vorstehend wurde angedeutet, dass der bei Erkennung eines Beschleunigungsvorgangs einzustellende Beschleunigungs-Kupplungszustand abhängig vom Lenkwinkel α gewählt wird. Ändert sich im Anschluss an die Einstellung des Beschleunigungs-Kupplungszustands der Lenkwinkel α, noch bevor die betreffende Sperr- oder Verteilerkupplung wieder vollständig geöffnet wurde, so nimmt die Steuereinheit 42 vorzugsweise eine Anpassung des Kupplungszustands abhängig von dem (geänderten) Lenkwinkel vor. Hierbei kann sie auf dieselbe Kennlinie zurückgreifen, die sie auch für die Lenkwinkelabhängigkeit des anfänglich eingestellten Beschleunigungs-Kupplungszustands verwendet hat.
Anhand des Flussdiagramms der 7 werden verschiedene Schritte des vorstehend vorgestellten beispielhaften Steuerkonzepts noch einmal kurz zusammengefasst. Das Steuerkonzept ist durch eine Steuerroutine verkörpert, die von dem Steuerprogramm 48 abgearbeitet wird. Im Flussdiagramm der 7 ist diese Steuerroutine als Beschleunigungsmodul bezeichnet. Im Rahmen der Routine „Beschleunigungsmodul" wird nur das Motormomentensignal M ausgewertet, nicht jedoch das Pedalstellungssignal s. Wie bereits erwähnt, kann statt dessen nur das Pedalstellungssignal s ausgewertet werden oder es können beide Signale für die Erkennung eines Beschleunigungsvorgangs herangezogen werden.
In einem Schritt S1 der Routine „Beschleunigungsmodul" wird das Motormomentensignal M erfasst. In einem anschließenden Schritt S2 wird eine erste zeitliche Ableitung des Signals M berechnet. Sodann wird in einem Schritt S3 geprüft, ob ein Beschleunigungs-Kupplungszustand der Sperr- oder Verteilerkupplung eingestellt ist. Falls nein, wird in einem Schritt S4 geprüft, ob die berechnete erste zeitliche Ableitung des Motormomentensignals M einen vorbestimmten Schwellenwert S_M erreicht oder diesen übersteigt. Falls nein, kehrt die Routine zu Schritt S1 zurück. Falls ja, wird in einem nachfolgenden Schritt S5 geprüft, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit ungleich Null ist. Wenn dem nicht so ist, die Fahrzeuggeschwindigkeit also gleich Null ist, geht die Routine zurück zu Schritt S1. Wird dagegen festgestellt, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit ungleich Null ist, wird in einem Schritt S6 ein Beschleunigungs-Kupplungszustand der Sperr- oder Verteilerkupplung eingestellt. Dieser Beschleunigungs-Kupplungszustand wird abhängig vom Lenkwinkel α und gegebenenfalls abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit v gewählt.
Ist die Antwort in Schritt S3 ja, wird in einem Schritt S7 geprüft, ob die erste zeitliche Ableitung des Motormoments unter den Schwellenwert gefallen ist. Solange die erste zeitliche Ableitung des Motormoments nicht unter den Schwellenwert gefallen ist, wird der Beschleunigungs-Kupplungszustand aufrechterhalten. Ist sie dagegen unter den Schwellenwert gefallen, wird in einem Schritt S8 der Beschleunigungs-Kupplungszustand aufgehoben und die Sperr-oder Verteilerkupplung in Abhängigkeit von der Zeit oder einem anderen Betriebsparameter des Fahrzeugs geöffnet. Sodann geht die Routine zurück zu Schritt S1.
Als Verteiler- oder Sperrkupplung eignet sich jeder Kupplungstyp, der aktiv in einen gewünschten Kupplungszustand eingestellt werden kann. Beispielsweise können die verschiedenen in den Antriebsstrangkonfigurationen der 1 und 2 gezeigten Kupplungen von nasslaufenden Lamellenreibkupplungen gebildet sein.
Nachzutragen ist, dass der Beschleunigungs-Kupplungszustand auch abhängig vom Wert der ersten zeitlichen Ableitung des Motormomentensignals oder/und des Pedalstellungssignals gewählt werden kann. Bei einem stärkeren Anstieg des betreffenden Signals würde dann entsprechend ein stärker geschlossener Beschleunigungs-Kupplungszustand eingestellt werden als bei einem weniger starken Anstieg dieses Signals. Eine solche Abhängigkeit kann ein weiterer Grund sein, warum in 6 beim zweiten Anstieg des Motormomentensignals M das Tastverhältnis T nur auf den Wert T₂ angehoben wird, weil die Steigung des Signals M bei diesem zweiten Anstieg geringer ist als bei dem ersten Anstieg.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Kraftfahrzeug-Drehmomentübertragungskupplung (z.B. 36), deren Kupplungszustand das Verteilungsverhältnis eines Antriebsmoments zwischen einer ersten (z.B. 24) und einer zweiten Radanordnung (z.B. 26) des Fahrzeugs bestimmt, wobei die Kupplung zwischen einem ersten Endzustand, in dem sie im wesentlichen kein Drehmoment überträgt, einem zweiten Endzustand, in dem sie einen maximalen Anteil des Antriebsmoments überträgt, und einer Vielzahl von Zwischenzuständen zwischen den beiden Endzuständen verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein von einer Geschwindigkeit (v) des Fahrzeugs verschiedener Betriebsparameter (s, M) des Fahrzeugs auf eine vorbestimmte Bedingung überwacht wird, welche für einen von einem Fahrer des Fahrzeugs eingeleiteten, im Sinne einer Geschwindigkeitserhöhung wirkenden Beschleunigungsvorgang repräsentativ ist, und dass bei Erkennung eines Beschleunigungsvorgangs die Kupplung (36) in einen vorbestimmten, von dem ersten Endzustand verschiedenen Beschleunigungs-Kupplungszustand eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung eines Beschleunigungsvorgangs ein für die Stellung eines Gaspedals (54) des Fahrzeugs repräsentatives Pedalstellungssignal (s) oder/und ein für das von einem Antriebsmotor (12) des Fahrzeugs bereitgestellte Motormoment repräsentatives Motormomentensignal (M) überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Motormomentensignal (M) eine zeitliche Ableitung des Motormoments ermittelt wird und ein Beschleunigungsvorgang zumindest abhängig davon festgestellt wird, dass die zeitliche Ableitung des Motormoments einen vorbestimmten Schwellenwert (S_M) übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Pedalstellungssignal (s) eine zeitliche Ableitung der Gaspedalstellung ermittelt wird und ein Beschleunigungsvorgang zumindest abhängig davon festgestellt wird, dass die zeitliche Ableitung der Gaspedalstellung einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungs-Kupplungszustand ein Zwischenzustand der Kupplung ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungs-Kupplungszustand ein Zwischenzustand der Kupplung ist, in dem die Kupplung weniger als 80% des maximal von ihr übertragbaren Anteils des Antriebsmoments überträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungs-Kupplungszustand abhängig von einem Lenkwinkel (α) des Fahrzeugs festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem vorbestimmten Lenkwinkelbereich bei einer geringeren Abweichung des Lenkwinkels (α) von einem einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs entsprechenden Null-Lenkwinkel ein Beschleunigungs-Kupplungszustand gewählt wird, in dem ein größerer Anteil des Antriebsmoments über die Kupplung (36) übertragen wird, und bei einer größeren Abweichung des Lenkwinkels (α) von dem Null-Lenkwinkel ein Beschleunigungs-Kupplungszustand gewählt wird, in dem ein geringerer Anteil des Antriebsmoments über die Kupplung (36) übertragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungs-Kupplungszustand abhängig von der Geschwindigkeit (v) des Fahrzeugs festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (v) des Fahrzeugs überwacht wird und der Beschleunigungs-Kupplungszustand abhängig davon eingestellt wird, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit von Null verschieden ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung in Abhängigkeit mindestens eines der folgenden Parameter von dem Beschleunigungs-Kupplungszustand in Richtung zum ersten Endzustand hin verstellt wird: Zeit, Stellung eines Gaspedals (54) des Fahrzeugs, Geschwindigkeit (v) des Fahrzeugs, bereitgestelltes Motormoment eines Antriebsmotors (12) des Fahrzeugs.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Radanordnungen (24, 26) an einer gemeinsamen Achse (18) angeordnet sind und die Kupplung (36) als steuerbare Sperrkupplung eines Querdifferentials (22) dieser Achse dient.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Radanordnungen (24, 26, 30, 32) an verschiedenen Achsen (18, 20) des Fahrzeugs angeordnet sind und die Kupplung (34) als steuerbare Sperrkupplung eines Zentraldifferentials eines das Antriebsmoment auf die beiden Achsen verteilenden Verteilergetriebes (16) des Fahrzeugs dient.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Radanordnungen (24a, 26a, 30a, 32a) an verschiedenen Achsen (18a, 20a) des Fahrzeugs angeordnet sind und die Kupplung (64a) als steuerbare Verteilerkupplung zur Verteilung des Antriebsmoments auf die beiden Radanordnungen dient.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (36) eine elektromotorische Stelleinheit (40) umfasst, welche zur Verstellung des Kupplungszustands der Kupplung elektrisch angesteuert wird.
Programmcode, der dazu bestimmt und ausgelegt ist, bei Ausführung auf einem programmgesteuerten Rechner eines Kraftfahrzeugs die Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zu bewirken.
Digitales Speichermedium mit darauf gespeichertem maschinenlesbaren Programmcode, wobei der Programmcode dazu bestimmt und ausgelegt ist, bei Ausführung auf einem programmgesteuerten Rechner eines Kraftfahrzeugs die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zu bewirken.
Anordnung zur Steuerung einer Kraftfahrzeug-Drehmomentübertragungskupplung, deren Kupplungszustand das Verteilungsverhältnis eines Antriebsmoments zwischen einer ersten und einer zweiten Radanordnung des Fahrzeugs bestimmt, wobei die Kupplung zwischen einem ersten Endzustand, in dem sie im wesentlichen kein Drehmoment überträgt, einem zweiten Endzustand, in dem sie einen maximalen Anteil des Antriebsmoments überträgt, und einer Vielzahl von Zwischenzuständen zwischen den beiden Endzuständen verstellbar ist, gekennzeichnet durch eine die Kupplung steuernde elektronische Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist, mindestens einen von einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs verschiedenen Betriebsparameter des Fahrzeugs auf eine vorbestimmte Bedingung zu überwachen, welche für einen von einem Fahrer des Fahrzeugs eingeleiteten, im Sinne einer Geschwindigkeitserhöhung wirkenden Beschleunigungsvorgang repräsentativ ist, und bei Erkennung eines Beschleunigungsvorgangs die Kupplung in einen vorbestimmten, von dem ersten Endzustand verschiedenen Beschleunigungs-Kupplungszustand einzustellen, insbesondere in Verbindung mit einem oder mehreren Merkmalen mindestens eines der Ansprüche 2 bis 15.