DE102005047095B4

DE102005047095B4 - Verfahren und Anordnung zur Ermittlung einer Steuergröße zur Steuerung einer Drehmomentübertragungskupplung in einer angetriebenen Achse eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102005047095B4
Application number: DE200510047095
Authority: DE
Inventors: Manfred Steding; Stefan Fries; Klaus MÄTZSCHKER; Uwe Wunschelmeier; Frank Discher; Stephan Leven
Original assignee: GKN Driveline International GmbH
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2025-10-01
Also published as: DE102005047095A1

Abstract

Verfahren zur Ermittlung einer Steuergröße zur Steuerung einer Drehmomentübertragungskupplung (30) in einer angetriebenen Achse eines Kraftfahrzeugs (10),
dadurch gekennzeichnet, dass durch Verknüpfung von mindestens zwei Eingangssignalen (x_e1(t), x_e2(t)) ein Zwischensignal (x_z(t)) und aus diesem ein Ausgangssignal (x_a(t)) ermittelt wird, auf dessen Grundlage die Steuergröße ermittelt wird,
wobei ein erstes (x_e1(t)) der Eingangssignale abhängig von einer Abweichung einer gemessenen Drehzahldifferenz (Δn_{Ist_quer}) der Räder der angetriebenen Achse von einer von der Ist-Gierrate (ψ .) des Fahrzeugs abhängigen theoretischen Quer-Drehzahldifferenz (Δn_{Soll_quer}) dieser Räder bei schlupffreier Kurvenfahrt ermittelt wird,
wobei ein zweites (x_e2(t)) der Eingangssignale abhängig von einer multiplikativen Verknüpfung eines von der Ist-Gierrate (Ψ) des Fahrzeugs abhängigen ersten Teilfaktors (k₁) mit einem zweiten Teilfaktor (k₂) ermittelt wird, wobei der zweite Teilfaktor von einer bei Kurvenfahrt des Fahrzeugs für die Drehzahldifferenz zwischen einem kurveninneren und einem kurvenäußeren Rad der angetriebenen Achse repräsentativen Kurven-Drehzahldifferenz (Δn_ACS) dieser Räder abhängig ist und zumindest näherungsweise ab...

Description

Die Erfindung befasst sich mit der aktiven Steuerung der Antriebsmomentzufuhr zu den Rädern einer angetriebenen Achse eines straßengängigen Kraftfahrzeugs.
Ausgleichsgetriebe, häufig Differentiale genannt, werden in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um unterschiedliche Drehzahlen zwischen verschiedenen Rädern des Fahrzeugs zu ermöglichen. Dabei wird gemeinhin zwischen Querdifferentialen (Achsdifferentialen) und Mittendifferentialen unterschieden. Querdifferentiale ermöglichen Drehzahlunterschiede zwischen Rädern einer Achse des Fahrzeugs, Mittendifferentiale ermöglichen Drehzahlunterschiede zwischen Rädern verschiedener Achsen.
Bei offenem (ungesperrtem) Querdifferential richtet sich die insgesamt von der mit dem Querdifferential bestückten Achse auf den Untergrund übertragbare Antriebskraft nach dem Rad, an dem das geringere Kraftschlusspotential herrscht. Das Verhältnis der den Rädern der Achse zugeteilten Antriebsmomente lässt sich mittels einer sogenannten Differential- oder Ausgleichssperre verändern. Das ist üblicherweise eine passive oder eine aktiv gesteuerte Kupplung, die entweder zwischen das Gehäuse des Differentials und eine der Achsantriebswellen der Achse oder zwischen beide Achsantriebswellen der Achse geschaltet ist. Je nach Schließgrad der Sperrkupplung wird das angebotene Antriebsmoment in unterschiedlichem Verhältnis auf die Räder aufgeteilt.
Es sind auch Achskonfigurationen bekannt, die auf ein Querdifferential verzichten und das der Achse zugeführte Antriebsmoment über je eine Drehmomentübertragungskupplung an die beiden Rädern der betreffenden angetriebenen Achse leiten. Das Verhältnis der den Rädern der Achse zugeführten Antriebsmomente wird dabei durch den Kupplungszustand der beiden Kupplungen bestimmt. Um dieses Verhältnis zu verändern, kann beispielsweise nur eine der beiden Kupplungen in ihrem Kupplungszustand verändert werden; es können auch gleichzeitig beide Kupplungen verstellt werden.
DE 101 30 878 A1 befasst sich mit der Steuerung von Sperrkupplung für ein allradgetriebenes Fahrzeug. Zur Steuerung der einem Achsdifferential zugeordneten Sperrkupplung berechnet eine Steuereinheit einen Basis-Steuerwert (genannt grundlegende Kupplungseinrückkraft F_LSD) abhängig vom Lenkradwinkel, sofern die Drehzahldifferenz der Räder der betreffenden Achse einen vorbestimmten Referenzwert übersteigt. Im Fall des Übersteigens dieses Referenzwerts wird angenommen, dass die Räder rutschen.
Der so abhängig vom Lenkradwinkel ermittelte Basis-Steuerwert F_LSD wird anschließend mit einem Korrekturfaktor K_LSD multiplikativ korrigiert, wobei der Korrekturfaktor zunächst auf den Wert 1 initialisiert ist und je nach Korrektursituation nach oben oder unten verändert wird. Ausschlaggebend für die Veränderung des Korrekturfaktors ist die Abweichung der tatsächlichen Drehzahldifferenz zwischen kurveninnerem und kurvenäußerem Rad der Achse und einer idealen, theoretischen Drehzahldifferenz der beiden Räder. Die Bestimmung, welches Rad das kurvenäußere ist und welches das kurveninnere, soll anhand des Kurvenfahrzustands des Fahrzeugs erfolgen. Je nachdem, ob die reale Drehzahldifferenz zwischen kurveninnerem und kurvenäußerem Rad größer oder kleiner als die ideale Drehzahldifferenz ist (unter Berücksichtigung von Regelschwellen), wird der Korrekturfaktor K_LSD um drei Prozent angehoben oder abgesenkt.
US 4,953,654 A befasst sich mit der Steuerung einer Sperrkupplung für ein Achsdifferential eines Fahrzeugs mit Einachsantrieb. Ein Steuersignal für die Steuerung der Kupplung setzt sich aus drei Anteilen zusammen, von denen ein erster Anteil proportional zur gemessenen Drehzahldifferenz zwischen den beiden Rädern der angetriebenen Achse ist. Ein zweiter Anteil ist proportional zum Öffnungswinkel einer Drosselklappe des Fahrzeugs und somit zur momentanen Leistungsabgabe des Motors. Ein dritter Anteil errechnet sich als Produkt eines Radschlupfs der angetriebenen Achse und eines Proportionalitätsfaktors, der umgekehrt proportional zur derzeitigen Seitenbeschleunigung des Fahrzeugs ist. Der Radschlupf wird als Differenz der gemittelten Drehzahlen der Räder der angetriebenen Achse und der Räder der nicht angetriebenen Achse berechnet. Zur Ermittlung des Steuersignals für die Sperrkupplung wird der dritte Anteil von der Summe der beiden anderen Anteile subtrahiert.
Die Erfindung richtet sich an steuerbare Drehmomentübertragungskupplungen, die in einer angetriebenen Achse eines Fahrzeugs angeordnet sind, sei es eine Sperrkupplung, die einem Querdifferential zugeordnet ist, oder sei es eine Kupplung, die anstelle eines solchen Querdifferentials vorgesehen ist und das Antriebsmoment direkt auf ein Rad der angetriebenen Achse überträgt.
Aufgabe der Erfindung ist es, das dynamische Fahrverhalten eines Fahrzeugs mit einer oder mehreren steuerbaren Drehmomentübertragungskupplungen, die jeweils in einer angetriebenen Achse des Fahrzeugs angeordnet sind, zu verbessern.
Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Verfahren zur Ermittlung einer Steuergröße zur Steuerung einer Drehmomentübertragungskupplung in einer angetriebenen Achse eines Kraftfahrzeugs. Erfindungsgemäß wird dabei durch Verknüpfung von mindestens zwei Eingangssignalen ein Zwischensignal und aus diesem ein Ausgangssignal ermittelt, auf dessen Grundlage die Steuergröße ermittelt wird. Ein erstes der Eingangssignale wird abhängig von einer Abweichung einer gemessenen Drehzahldifferenz der Räder der angetriebenen Achse von einer von der Ist-Gierrate des Fahrzeugs abhängigen theoretischen Quer-Drehzahldifferenz dieser Räder bei schlupffreier Kurvenfahrt ermittelt. Ein zweites der Eingangssignale wird abhängig von einer multiplikativen Verknüpfung eines von der Ist-Gierrate des Fahrzeugs abhängigen ersten Teilfaktors mit einem zweiten Teilfaktor ermittelt, wobei der zweite Teilfaktor von einer bei Kurvenfahrt des Fahrzeugs für die Drehzahldifferenz zwischen einem kurveninneren und einem kurvenäußeren Rad der angetriebenen Achse repräsentativen Kurven-Drehzahldifferenz dieser Räder abhängig ist und zumindest näherungsweise ab Drehzahlgleichheit zwischen dem kurveninneren und dem kurvenäußeren Rad hin zu größeren Drehzahlen des kurveninneren Rads gegenüber dem kurvenäußeren Rad einen von Null verschiedenen Wert besitzt.
Für die Ermittlung des Ausgangssignals wird ferner zunächst ermittelt, welches von den Rädern der angetriebenen Achse höheres Kraftschlusspotential gegenüber dem Untergrund besitzt. Sodann wird durch schlupfabhängige Filterung des Zwischensignals abhängig von einem Schlupf dieses angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials das Ausgangssignal gewonnen.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Unteransprüchen 2 bis 16 angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, bei der Steuerung der Drehmomentübertragungskupplung eine ”natürliche” Drehzahldifferenz zu berücksichtigen, die bei schlupf- und antriebskraftfreier Kurvenfahrt des Fahrzeugs zwischen den Rädern der die Kupplung enthaltenden Achse aufgrund des unterschiedlichen Kurvenradius dieser Räder auftritt. Dieser ”natürlichen” Drehzahldifferenz wird durch die von der Ist-Gierrate des Fahrzeugs abhängige theoretische Quer-Drehzahldifferenz Rechnung getragen, indem das erste Eingangssignals abhängig von einer Abweichung der gemessenen tatsächlichen Drehzahldifferenz der beiden Räder von der theoretischen Quer-Drehzahldifferenz ermittelt wird.
Ferner ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, in einer Situation, in der die Drehzahl des kurveninneren Rads der die zu steuernde Kupplung enthaltenden Achse des Fahrzeugs diejenige des kurvenäußeren Rads übersteigt, durch Erzeugung des zweiten Eingangssignals das dem kurveninneren Rad zugeführte Antriebsmoment zu verringern. Insbesondere kann die Verringerung des dem kurveninneren Rad zugeführten Antriebsmoments mit einer Umverteilung des insgesamt der Achse zugeführten Antriebsmoments zu Gunsten des kurvenäußeren Rads einhergehen, so dass sich das Verteilungsverhältnis des an der Achse anliegenden Antriebsmoments zugunsten des kurvenäußeren Rads verändert. Die Erfindung kann so eine Kurvenfahrtunterstützung erzielen und die Beschleunigungsfähigkeit des Fahrzeugs bei Kurvenfahrt erhalten. Die Veränderung des Antriebsmoment-Verteilungsverhältnisses zugunsten des kurvenäußeren Rads erzeugt ein gewisses Giermoment, das den Schräglauf des Fahrzeugs unterstützt und das Fahrverhalten insgesamt stabilisieren kann. Bei Fahrzeugen mit Vorderachsantrieb kann zudem oftmals ein untersteuerndes Verhalten bei beschleunigter Kurvenfahrt beobachtet werden. Durch die Erfindung kann hier ein zusätzliches Giermoment aufgebracht werden, das vorteilhaft dem Untersteuern des Fahrzeugs entgegenwirken kann. Das Fahrzeug kann so besser dem durch den Lenkeinschlag der Räder vorgegebenen Fahrverlauf folgen. Damit sinkt die Gefahr von Falschreaktionen des Fahrers; die Sicherheit wird erhöht.
Die schlupfabhängige Herleitung des Ausgangssignals aus dem Zwischensignal ermöglicht es schließlich, instabile Fahrzustände, die durch wenigstens teilweises Schließen der in der betreffenden Achse angeordneten Drehmomentübertragungskupplung möglicherweise entstehen können, zu verhindern oder zumindest beträchtlich abzuschwächen. Dies wird dadurch erreicht, dass schlupfabhängig die Zuteilung von Antriebsmoment zu einem angetriebenen Rad höheren Kraftschlusspotentials begrenzt wird. Es kann nämlich sein, dass infolge eines Anstiegs wenigstens eines der Eingangssignale das Zwischensignal stark angestiegen ist und bei unmittelbarer, also sozusagen ”ungefilterter” Übernahme des Zwischensignalwerts für die Steuergröße dann starker Schlupf an dem Rad höheren Kraftschlusspotentials der Achse auftreten könnte. Die Gefahr eines instabilen Fahrverhaltens wäre dann hoch.
Stattdessen gestattet die Erfindung eine schlupfabhängige ”Filterung” oder Begrenzung des Zwischensignals, durch die verhindert werden kann, dass das Ausgangssignal zu stark ansteigt. Hierzu ermittelt die Erfindung zunächst, welches von den Rädern der angetriebenen Achse höheres Kraftschlusspotential gegenüber dem Untergrund besitzt. Sodann ermittelt sie einen Schlupf des gefundenen Rads höheren Kraftschlusspotentials. Abhängig von der Größe dieses Schlupfs leitet sie dann das Ausgangssignal aus dem Zwischensignal her. Ist der Schlupf hinreichend klein, kann das Zwischensignal unverändert oder zumindest im wesentlichen unverändert als Ausgangssignal übernommen werden. Ist der Schlupf dagegen zu groß, kann ein kleinerer Wert des Ausgangssignals als der aktuelle Wert des Zwischensignals gewählt werden, wobei der gewählte Wert des Ausgangsignals von der Größe des Schlupfs des Rads höheren Kraftschlusspotentials abhängt.
Durch eine derartige schlupfabhängige ”Filterung” oder Begrenzung des Zwischensignals kann die Erfindung gewährleisten, dass an einem angetriebenen Rad höheren Kraftschlusspotentials die Seitenführungskapazität erhalten bleibt. Das Fahrzeug bleibt hierdurch auch in fahrdynamisch schwierigen Situationen wie bei Fahren auf einem glatten Untergrund oder einem Split-μ-Untergrund oder bei beschleunigter Kurvenfahrt für Normalfahrer beherrschbar.
Wenn hier im Zusammenhang mit der Ermittlung des zweiten Eingangssignals davon die Rede ist, dass der zweite Teilfaktor zumindest näherungsweise ab Drehzahlgleichheit zwischen kurveninnerem und kurvenäußerem Rad der die Kupplung enthaltenden angetriebenen Achse von Null verschieden ist, so soll hierdurch die Möglichkeit einbezogen werden, dass der zweite Teilfaktor auch schon dann einen von Null verschiedenen Wert hat, wenn zwar das kurveninnere Rad noch etwas langsamer als das kurvenäußere Rad dreht, aber angesichts weiterer Umstände vernünftigerweise darauf geschlossen werden kann, dass die Drehzahl des kurveninneren Rads die des kurvenäußeren Rads in Kürze übersteigen wird. Solche Umstände können beispielsweise aus dem zeitlichen Verlauf der gemessenen Drehzahldifferenz der beiden Räder geschlossen werden. Insbesondere ist es denkbar, hierbei den zeitlichen Gradienten der gemessenen Drehzahldifferenz zu betrachten. Ist beispielsweise der zeitliche Gradient der Drehzahldifferenz kurz vor Erreichen der Drehzahlgleichheit zwischen kurveninnerem und kurvenäußerem Rad hinreichend groß, kann erwartet werden, dass bald die Drehzahl des kurveninneren Rads die des kurvenäußeren Rads übersteigen wird. Dann kann auch schon kurz vor exakter Drehzahlgleichheit der beiden Räder dem zweiten Teilfaktor ein von Null verschiedener Wert zugewiesen werden, um eine rasche Fahrzeugreaktion zu erhalten, wenn das kurveninnere Rad schneller als das kurvenäußere wird.
Der erste Teilfaktor wird beim erfindungsgemäßen Verfahren abhängig von der Ist-Gierrate des Fahrzeugs gewählt. Die Berücksichtigung der Ist-Gierrate erlaubt auf einfache Weise eine Erkennung, ob das Fahrzeug eine Kurve durchfährt oder nicht. Denn bei Geradeausfahrt ist ebenfalls im wesentlichen Drehzahlgleichheit der Räder zu beobachten, ohne dass freilich Bedarf bestünde für einen steuernden Eingriff in die Verteilung des Antriebsmoments. Auch erlaubt die Abhängigkeit des ersten Teilfaktors von der Ist-Gierrate, den Grad der Änderung der Antriebsmomentverhältnisse an den Rädern der betreffenden Achse von der Stärke des Gierens des Fahrzeugs abhängig zu machen. Je stärker das Fahrzeug giert, umso mehr zusätzliches Antriebsmoment am kurvenäußeren Rad kann erforderlich sein, um die gewünschte Fahrzeugreaktion zu erzielen. Bevorzugt wird deshalb der erste Teilfaktor direkt proportional zur Ist-Gierrate gewählt. Insbesondere kann der erste Teilfaktor so gewählt werden, dass er repräsentativ für den gemäß der Formel
ermittelten Betrag der theoretischen Quer-Drehzahldifferenz zwischen den beiden Rädern der angetriebenen Achse ist, wobei Δn_{Soll_quer} die theoretische Quer-Drehzahldifferenz bezeichnet, ψ . die Ist-Gierrate bezeichnet, b die Spurweite der Räder bezeichnet, r_dyn den dynamischen Radhalbmesser der Räder bezeichnet und |.| den Betrag des zwischen den beiden Strichen angegebenen Ausdrucks bezeichnet.
Die Kurven-Drehzahldifferenz (hier mit Δn_ACS bezeichnet) der beiden Räder der angetriebenen Achse wird vorzugsweise gemäß der Formel Δn_ACS = |Δn_{Ist_quer} – Δn_{Soll_quer}| – |Δn_{Soll_quer}| ermittelt. Dabei bezeichnen Δn_{Ist_quer} die gemessene Drehzahldifferenz der beiden Räder, Δn_{Soll_quer} die theoretische Quer-Drehzahldifferenz der beiden Räder und |.| den Betrag des jeweils zwischen den beiden Strichen angegebenen Ausdrucks. Der obige Differenzausdruck liefert automatisch den bei einer Kurvenfahrt auftretenden tatsächlichen Drehzahlunterschied zwischen dem kurveninneren Rad und dem kurvenäußeren, ohne dass zuvor ermittelt werden muss, welches der Räder das kurveninnere ist und welches das kurvenäußere. Ist nämlich der Wert von Δn_ACS negativ, dreht das kurveninnere Rad um den errechneten Wert von Δn_ACS langsamer als das kurvenäußere, ist dagegen der Wert von Δn_ACS positiv, so dreht das kurveninnere Rad um diesen Wert schneller als das kurvenäußere Rad. Anhand des Vorzeichens von Δn_ACS ist somit erkennbar, ob das kurveninnere oder das kurvenäußere Rad der betreffenden angetriebenen Achse schneller dreht. Mit anderen Worten genügt es, die aktuellen Drehzahlen jedes der Räder der betreffenden angetriebenen Achse sowie die Ist-Gierrate zu erfassen, um eine Aussage darüber treffen zu können, ob das kurveninnere Rad schneller dreht als das kurvenäußere.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens eine von Null verschiedene Schlupfschwelle definiert, die von dem Schlupf des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials überschritten werden muss, um eine Begrenzung oder Herabsetzung des Zwischensignals auszulösen. So ist bevorzugt vorgesehen, dass bei einem Anstieg des Schlupfs des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials über eine von Null verschiedene, vorbestimmte erste Schlupfschwelle das Ausgangssignal ab Erreichen der ersten Schlupfschwelle im wesentlichen gleich dem zum Zeitpunkt des Erreichens der ersten Schlupfschwelle vorliegenden Wert des Zwischensignals festgelegt wird. Mit anderen Worten wird das Ausgangssignal ab Erreichen der ersten Schlupfschwelle auf einem Wert gehalten, der dem Wert des Zwischensignals zum Zeitpunkt des Erreichens der ersten Schlupfschwelle entspricht. Selbst wenn das Zwischensignal nach Erreichen der ersten Schlupfschwelle weiter ansteigt, schlägt sich dies nicht im Ausgangssignal nieder, sodass entsprechend auch die betreffende Kupplung nicht zunehmend stärker geschlossen wird.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass bei einem Anstieg des Schlupfs des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials über eine vorbestimmte zweite Schlupfschwelle, welche größer als die erste Schlupfschwelle ist, das Ausgangssignal im wesentlichen ab Erreichen der zweiten Schlupfschwelle auf einen vorbestimmten ersten Wert herabgesetzt wird. Steigt der betrachtete Schlupf nach Überschreiten der ersten Schlupfschwelle auch über die zweite Schlupfschwelle, wird das Ausgangssignal sogar von dem Haltewert, auf den es bei Erreichen der ersten Schlupfschwelle festgelegt wurde, auf einen niedrigeren Wert abgesenkt. Die betreffende Kupplung wird also zumindest teilweise wieder geöffnet.
Nach Anstieg des Schlupfs des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials über die zweite Schlupfschwelle kann der Schlupfverlauf auf das Auftreten eines lokalen Maximums überwacht werden. Wird ein solches lokales Schlupfmaximum festgestellt, kann das Ausgangssignal im wesentlichen ab Erreichen des lokalen Schlupfmaximums von dem vorbestimmten ersten Wert auf einen vorbestimmten zweiten Wert heraufgesetzt werden. Das lokale Schlupfmaximum zeigt an, dass der betrachtete Schlupf wieder absinkt, weswegen die betreffende Kupplung wieder etwas stärker geschlossen werden kann.
Um jedoch bei einem insgesamt zu starken Anstieg des betrachteten Schlupfs ein zu frühes erneutes Schließen der betreffenden Kupplung zu vermeiden, kann vorgesehen sein, dass bei einem Anstieg des Schlupfs des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials über eine vorbestimmte dritte Schlupfschwelle, welche größer als die zweite Schlupfschwelle ist, das Ausgangssignal im wesentlichen ab dem Zeitpunkt, an dem der Schlupf wieder auf die dritte Schlupfschwelle abgefallen ist, von dem vorbestimmten ersten Wert auf einen vorbestimmten zweiten Wert heraufgesetzt wird.
Es kann vorkommen, dass der Schlupf des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials nach Überschreiten der zweiten Schlupfschwelle zunächst etwas abfällt, dann jedoch wieder ansteigt, sodass erneut reagiert werden muss, um einen Verlust an Seitenführungskapazität an dem betreffenden Rad zu verhindern. Zu diesem Zweck kann nach Anstieg des Schlupfs des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials über die zweite Schlupfschwelle der Schlupfverlauf auf das Auftreten eines lokalen Minimums überwacht werden. Wird das Auftreten eines solchen lokalen Schlupfminimums oberhalb der zweiten Schlupfschwelle festgestellt, wird das Ausgangssignal im wesentlichen ab Erreichen des lokalen Schlupfminimums von dem vorbestimmten zweiten Wert auf den vorbestimmten ersten Wert herabgesetzt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird der zum Zeitpunkt des Erreichens der zweiten Schlupfschwelle oder/und der zum Zeitpunkt des Erreichens des lokalen Schlupfminimums vorliegende Wert des Ausgangssignals gespeichert, wobei der vorbestimmte zweite Wert abhängig von dem zuletzt gespeicherten Ausgangssignalwert gewählt wird. Die Abhängigkeit des vorbestimmten zweiten Werts von dem jeweils zuletzt gespeicherten Ausgangssignalwert kann beispielsweise eine prozentuale Abhängigkeit sein.
Fällt der Schlupf des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials wieder unter die erste Schlupfschwelle, so kann das Zwischensignal wieder direkt als Ausgangssignal verwendet werden. Es kann allerdings sein, dass zum Zeitpunkt des Unterschreitens der ersten Schlupfschwelle der momentane Wert des Ausgangssignals von dem momentanen Eingangssignalwert verschieden ist. Zur Vermeidung von Sprüngen kann dann das Ausgangssignal mit einem vorbestimmten Anstiegs- oder Abfallverlauf an das Zwischensignal angeglichen werden.
Die Verknüpfung der Eingangssignale umfasst vorzugsweise eine Ermittlung, welches der Signale den größten Wert hat. Das Eingangssignal mit dem größten Wert kann dann beispielsweise als Zwischensignal verwendet werden. Es sind selbstverständlich auch andere Verknüpfungsmethodiken vorstellbar, beispielsweise eine additive oder eine gewichtet additive.
Gemäß einem Vorrichtungsaspekt betrifft die Erfindung ferner eine Anordnung zur Ermittlung einer Steuergröße zur Steuerung einer Drehmomentübertragungskupplung in einer angetriebenen Achse eines Kraftfahrzeugs, wobei diese Anordnung durch eine die Kupplung steuernde elektronische Steuereinheit gekennzeichnet ist, welche dazu eingerichtet ist, das Verfahren der vorstehend beschriebenen Art durchzuführen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. Es stellen dar:
1 schematisch Komponenten eines zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestalteten frontangetriebenen Kraftfahrzeugs,
2 eine schematische Blockdarstellung verschiedener Module einer Regelanordnung zur Steuerung einer Sperrkupplung des Kraftfahrzeugs der 1,
3 Komponenten eines in der Regelanordnung der 2 enthaltenen ACS-Regelmoduls,
4 eine beispielhafte qualitative Kennlinie eines in dem ACS-Regelmodul verwendeten zweiten Teilfaktors,
5a und 5b beispielhafte qualitative Kennlinien eines in dem ACS-Regelmodul verwendeten dritten bzw. vierten Teilfaktors,
6 ein Zustandsdiagramm einer Zustandsmaschine, welche in einem in der Regelanordnung der 2 enthaltenen WSC-Regelmodul implementiert ist,
7a und 7b beispielhafte qualitative Kennlinien, welche die Abhängigkeit von in dem WSC-Regelmodul verwendeten Schlupfschwellen von der Fahrzeuggeschwindigkeit verdeutlichen,
8 ein beispielhaftes qualitatives Kennfeld, das die Abhängigkeit der Schlupfschwellen von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Fahrzeugquerbeschleunigung verdeutlicht.
Das in 1 schematisch dargestellte, allgemein mit 10 bezeichnete straßengängige Kraftfahrzeug ist ein Fahrzeug mit permanentem Vorderachsantrieb. Es umfasst einen mechanischen Antriebsstrang mit einem Antriebsmotor 12, von dem für den Vortrieb des Fahrzeugs nutzbares Motormoment bereitgestellt wird. Der Antriebsmotor 12 wird typischerweise eine Brennkraftmaschine sein, kann aber alternativ auch ein elektromotorisches Antriebsaggregat oder eine Kombination von beidem sein. Dem Antriebsmotor 12 nachgeschaltet enthält der Antriebsstrang eine Schaltkupplung 14 sowie ein Drehzahl-Wechselgetriebe 16, von dem das gewandelte Motormoment des Antriebsmotors 12 auf eine Antriebswelle 18 ausgegeben wird. Über ein Ausgleichsgetriebe 20 wird das von der Antriebswelle 18 angelieferte Antriebsmoment auf eine rechte Achswelle 22 sowie eine linke Achswelle 24 aufgeteilt und über diese Achswellen auf ein rechtes Vorderrad 26 sowie ein linkes Vorderrad 28 übertragen. Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Schaltkupplung 14 weggelassen werden und das Wechselgetriebe 16 als z. B. lastabhängig schaltendes Automatikgetriebe ausgeführt sein.
Dem Vorderachs-Ausgleichsgetriebe 20 ist eine Sperrkupplung 30 zugeordnet, welche im gezeigten Beispielfall zwischen die Achswelle 24 und ein nicht näher dargestelltes Gehäuse des Ausgleichsgetriebes 20 geschaltet ist. Die Sperrkupplung 30 ist mittels einer Stelleinheit 32 stufenlos zwischen einem vollständig geöffneten Zustand und einem vollständig geschlossenen Zustand verstellbar. Je nach ihrem Schließgrad bewirkt die Sperrkupplung 30 eine mehr oder weniger starke Sperrung des Ausgleichsgetriebes 20. Die Stelleinheit 32 kann beispielsweise eine elektromotorische, hydraulische oder pneumatische Stelleinheit sein. Sie wird von einer elektronischen Steuereinheit 34 gesteuert, welche hierzu auf einer elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Steuerleitung 36 ein entsprechendes Steuersignal an die Stelleinheit 32 liefert.
Wenngleich das Fahrzeug in 1 als Fahrzeug mit reinem Frontantrieb dargestellt ist, versteht es sich, dass die Erfindung keineswegs hierauf beschränkt ist. Ganz im Gegenteil ist die Erfindung an jeder angetriebenen Achse eines straßengängigen Fahrzeugs anwendbar, wobei der Begriff der angetriebenen Achse im Rahmen der Erfindung eine permanent angetriebene Achse und auch eine bedarfsweise zuschaltbare Achse umfasst. Die bedarfsweise Zuschaltung einer Achse, sei es die Vorderachse oder sei es die Hinterachse, kann über eine zwischen den Achsen angeordnete steuerbare Verteilerkupplung erfolgen. Solche Konzepte mit Verteilerkupplung sind in der Fachwelt auch unter dem Begriff „On Demand” bekannt. Eine angetriebene Achse im Sinne der Erfindung ist auch eine, bei der die mit den Rädern der Achse verbundenen Achswellen über je eine steuerbare Kupplung an eine Antriebswelle des Fahrzeugs gekoppelt sind. Beispielsweise könnten bei der Ausführungsform der 1 das Differential 20 und die Sperrkupplung 30 durch zwei drehmomentübertragende Kupplungen ersetzt sein, die jeweils zwischen eine der Achswellen 22, 24 und die Antriebswelle 18 geschaltet sind.
Die Erfindung ist also nicht nur bei Fahrzeugen mit reinem Frontantrieb anwendbar, sondern z. B. auch bei Fahrzeugen mit reinem Heckantrieb, Fahrzeugen mit permanentem Allradantrieb (d. h. Vorder- und Hinterachse sind permanent angetrieben), Fahrzeugen mit primär angetriebener Vorderachse und bedarfsweise zuschaltbarer (sekundär angetriebener) Hinterachse und Fahrzeugen mit primär angetriebener Hinterachse und bedarfsweise zuschaltbarer Vorderachse.
Die Steuereinheit 34 enthält einen programmgesteuerten Mikroprozessor, welcher nach Maßgabe eines Steuerprogramms einen geeigneten Wert für das an die Stelleinheit 32 gelieferte Steuersignal ermittelt. Bei der Erzeugung des Steuersignals berücksichtigt die Steuereinheit 34 aktuelle Werte verschiedener Betriebsparameter des Fahrzeugs. Insbesondere berücksichtigt die Steuereinheit 34 die aktuelle Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs 10, die sie von einem Giergeschwindigkeitssensor 38 erhält. Ferner berücksichtigt die Steuereinheit 34 die aktuellen Drehzahlen der Vorderräder 26, 28. Diese Drehzahlen werden der Steuereinheit 34 von Drehzahlsensoren 40, 42 mitgeteilt. Aus den mitgeteilten Drehzahlen der Vorderräder 26, 28 kann die Steuereinheit 34 eine Ist-Drehzahldifferenz der Vorderräder 26, 28 berechnen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform berücksichtigt die Steuereinheit 34 bei der Erzeugung des Steuersignals für die Stelleinheit 32 auch die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 sowie den an einem Lenkrad 44 des Fahrzeugs aktuell eingestellten Lenkwinkel δ. Zur Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit greift die Steuereinheit 34 zusätzlich zu den Informationen von den Sensoren 40, 42 auf Drehzahlinformationen von Sensoren 46, 48 zu, welche die aktuellen Drehzahlen zweier Hinterräder 50, 52 des Fahrzeugs 10 erfassen. Methoden zur Ermittlung eines aktuellen Werts der Fahrzeuggeschwindigkeit anhand der von den Drehzahlsensoren aller vier Räder gelieferten Drehzahlen sind in der Fachwelt an sich bekannt. Insbesondere kann die Steuereinheit 34 hierbei eine Mittelung der verschiedenen Drehzahlen vornehmen. Der Lenkwinkel δ wird der Steuereinheit 34 von einem an der Lenksäule des Fahrzeugs 10 angeordneten Lenkwinkelsensor 54 mitgeteilt.
Ferner kann die Steuereinheit 34 bei einer bevorzugten Ausführungsform noch auf Informationen über die aktuellen Gangstellung des Getriebes 16 zugreifen, die von einem die Gangstellung des Getriebes 16 erfassenden Gangstellungssensor 56 bereitgestellt werden. Zudem kann ein weiterer Sensor 58 vorgesehen sein, der an die Steuereinheit 34 Informationen über das aktuell vom Antriebsmotor 12 bereitgestellte Motormoment liefert. Beispielsweise kann der Sensor 58 hierzu die Stellung einer Drosselklappe des Motors 12 detektieren. Alternativ oder zusätzlich kann ein nicht näher dargestellter Pedalstellungssensor vorgesehen sein, der die Stellung eines Fahrpedals des Fahrzeugs 10 erfasst und ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit 34 liefert. Ein Potentiometersensor ist ein einfaches Beispiel für einen solchen Pedalstellungssensor.
Der Signalverkehr zwischen der Steuereinheit 34 und den verschiedenen Sensoren sowie der Stelleinheit 32 kann zumindest teilweise über einen fahrzeuginternen Bus, beispielsweise einen CAN-Bus, abgewickelt werden.
Nachfolgend wird ein Regelkonzept für die Sperrkupplung 30 der 1 erläutert. Dieses Regelkonzept ist dem Prinzip nach bei jeder in einer angetriebenen Achse angeordneten Drehmomentübertragungskupplung anwendbar, gleichgültig ob diese Achse die einzige angetriebene Achse des Fahrzeugs ist oder nicht.
Der in der Steuereinheit 34 implementierte Regelkreis ist modular aufgebaut und umfasst mindestens drei Regelmodule 60, 62, 64, die in der in 2 gezeigten Weise zusammenwirken. Das Regelmodul 60 (hier auch als TCM-Regelmodul bezeichnet) stellt ausgangsseitig ein Signal x_e1(t) bereit, welches ein erstes Eingangssignal im Sinne der Erfindung bildet. Das Regelmodul 62 (hier auch als ACS-Regelmodul bezeichnet) stellt ausgangsseitig ein Signal x_e2(t) bereit, welches ein zweites Eingangssignal im Sinne der Erfindung bildet. An einer Verknüpfungsstelle 66 findet eine Verknüpfung der Eingangssignale x_e1(t), x_e2(t) statt, aus der ein Zwischensignal x_z(t) resultiert. Das Zwischensignal x_z(t) wird eingangsseitig dem Regelmodul 64 (hier auch als WSC-Regelmodul bezeichnet) zugeführt. Am Ausgang des WSC-Regelmoduls 64 steht ein Ausgangssignal x_a(t) bereit, aus dem das der Stelleinheit 32 zugeführte Steuersignal hergeleitet wird. Die Verknüpfung der Eingangssignale x_e1(t), x_e2(t) an der Verknüpfungsstelle 66 umfasst einen Vergleich, welches der beiden Signale aktuell den größeren Wert hat. Das Eingangssignal mit dem aktuell größeren Wert wird als Zwischensignal x_z(t) verwendet.
Das TCM-Regelmodul 60 erzeugt das Signal x_e1(t) abhängig von einer Abweichung einer gemessenen Drehzahldifferenz Δn_{Ist_quer} der Räder 26, 28 der Vorderachse von einer von der gemessenen Gierrate des Fahrzeugs abhängigen theoretischen Drehzahldifferenz Δn_{Soll_quer} dieser Räder bei schlupffreier Kurvenfahrt. Die Drehzahldifferenz Δn_{Ist_quer} berechnet das TCM-Regelmodul 60 gemäß der Formel: Δn_{Ist_quer} = n_li – n_re (1) wobei n_li die Drehzahl des linken Vorderrads 28 bezeichnet und n_re die Drehzahl des rechten Vorderrads 26 bezeichnet. Die theoretische Quer-Drehzahldifferenz Δn_{Soll_quer} berechnet es gemäß der Formel:
wobei ψ . die vom Giergeschwindigkeitssensor 38 erhaltene Ist-Gierrate bezeichnet, b die Spurweite der Räder bezeichnet und r_dyn den dynamischen Radhalbmesser der Räder bezeichnet. Es gilt hierbei die Konvention, dass ψ . bei Durchfahren einer Linkskurve in Vorwärtsrichtung positiv ist und Δn_{Soll_quer} auf einer Betrachtung von links nach rechts beruht. Bei einer Vorwärts-Linkskurve ist entsprechend Δn_{Soll_quer} negativ, was mit der Beobachtung übereinstimmt, dass bei schlupffreiem Durchfahren einer Linkskurve in Vorwärtsrichtung das linke Vorderrad langsamer dreht als das rechte Vorderrad.
Aus der Ist-Drehzahldifferenz Δn_{Ist_quer} und der ”Soll”-Drehzahldifferenz Δn_{Soll_quer} berechnet das TCM-Regelmodul 60 dann eine Quer-Drehzahldifferenzabweichung Δn_TCM gemäß folgender Formel: Δn_TCM = |Δn_{Ist_quer} ± Δn_{Soll_quer}| (3) wobei |.| den Betrag des zwischen den beiden Strichen angegebenen Ausdrucks bezeichnet und wobei bei Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs Δn_{Soll_quer} von Δn_{Ist_quer} subtrahiert wird und bei Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs Δn_{Ist_quer} und Δn_{Soll_quer} addiert werden.
Das erste Eingangssignal x_e1(t) wird von dem TCM-Regelmodul 60 in funktionaler Abhängigkeit von der Quer-Drehzahldifferenzabweichung Δn_TCM ermittelt: x_e1(t) = f(Δn_TCM) (4) wobei f(.) diese funktionale Abhängigkeit repräsentiert. In einem einfachen Fall kann das TCM-Regelmodul 60 das erste Eingangssignal x_e1(t) direkt proportional zu Δn_TCM festlegen. Es kann auch sein, dass das TCM-Regelmodul 60 eine Begrenzungsfunktion enthält, die ab einem vorbestimmten Wert von Δn_TCM einen weiteren Anstieg des ersten Eingangssignals x_e1(t) verhindert, selbst wenn Δn_TCM über diesen vorbestimmten Wert hinaus ansteigt.
3 zeigt Komponenten des ACS-Regelmoduls 62. Dieses Modul berechnet aus der gemessenen Giergeschwindigkeit ψ . des Fahrzeugs gemäß obiger Formel (2) ebenfalls die ”Soll”-Drehzahldifferenz Δn_{Soll_quer}. Der Funktionsblock, in dem diese Berechnung stattfindet, ist in 3 mit 68 bezeichnet. An einer Summationsstelle 70 wird die Soll-Drehzahldifferenz Δn_{Soll_quer} mit der Ist-Drehzahldifferenz Δn_{Ist_quer} der Vorderräder 26, 28 verglichen. Diese wird von dem ACS-Regelmodul 62 unter Anwendung obiger Formel (1) berechnet. Die diesbezügliche Berechnung ist in 3 durch einen Funktionsblock 72 dargestellt.
An der Summationsstelle 70 wird die Abweichung der Ist-Drehzahldifferenz Δn_{Ist_quer} von der Soll-Drehzahldifferenz Δn_{Soll_quer} ermittelt. Von dieser Abweichung wird anschließend der Betrag ermittelt, wie in 3 durch einen Funktionsblock 74 angedeutet. Die resultierende Größe ist obige Quer-Drehzahldifferenzabweichung Δn_TCM. Es versteht sich, dass Δn_TCM nicht gesondert in jedem der Module 60, 62 berechnet werden muss, sondern dass eine einmalige Berechnung in einem der Module oder extern genügen kann.
In einem zu der Summationsstelle 70 und dem Funktionsblock 74 parallelen Zweig des ACS-Regelmoduls 62 wird der Betrag der Soll-Drehzahldifferenz Δn_{Soll_quer} ermittelt, wie durch einen Funktionsblock 76 angedeutet. Der Betrag von Δn_{Soll_quer} wird anschließend einer weiteren Summationsstelle 78 zugeführt, an der durch Subtraktion des Betrags von Δn_{Soll_quer} von Δn_TCM eine Größe Δn_ACS ermittelt wird, welche den vorzeichenbehafteten Drehzahlunterschied zwischen dem kurveninneren Vorderrad und dem kurvenäußeren Vorderrad angibt. Mathematisch formuliert, ergibt sich die Größe Δn_ACS aus folgender Gleichung: Δn_ACS = Δn_TCM – |Δn_{Soll_quer}| = |Δn_{Ist_quer} – Δn_{Soll_quer}| – |Δn_{Soll_quer}| (5) Gleichgültig, ob das Fahrzeug 10 eine Rechtskurve oder eine Linkskurve befährt, liefert Gleichung (5) einen positiven Wert für Δn_ACS, wenn das kurveninnere Vorderrad schneller als das kurvenäußere Vorderrad dreht, und einen negativen Wert, wenn das kurveninnere Rad langsamer als das kurvenäußere Rad dreht, zumindest solange das kurvenäußere Rad nicht durchdreht.
Das ACS-Regelmodul 62 enthält ferner eine Multiplikationsstelle 80, an der durch Multiplikation zumindest eines ersten Teilfaktors k₁ und eines zweiten Teilfaktors k₂ das zweite Eingangssignal x_e2(t) ermittelt wird. Der erste Teilfaktor k₁ entspricht dem Betrag der Soll-Drehzahldifferenz Δn_{Soll_quer}. Gewünschtenfalls kann der erste Teilfaktor k₁ durch einen proportionierenden funktionalen Zusammenhang mit Δn_{Soll_quer} verknüpft sein.
Der zweite Teilfaktor k₂ ist eine Funktion von Δn_ACS. Die funktionale Abhängigkeit des zweiten Teilfaktors k₂ von Δn_ACS ist in 3 durch einen Block 82 repräsentiert. Ein Beispiel dieser funktionalen Abhängigkeit ist in 4 gezeigt. Gemäß der dortigen Kennlinie ist der zweite Teilfaktor k₂ für negative Werte von Δn_ACS Null und nimmt für positive Werte von Δn_ACS einen von Null verschiedenen Wert an. Insbesondere ist die Kennlinie gemäß 4 so ausgestaltet, dass sie an dem Punkt, an dem Drehzahlgleichheit zwischen dem kurveninneren Vorderrad und dem kurvenäußeren Vorderrad herrscht (Δn_ACS = 0), näherungsweise sprunghaft ansteigt. Auf diese Weise wird bereits bei sehr kleinen positiven Werten von Δn_ACS ein signifikanter Wert des zweiten Eingangssignals x_e2(t) erzeugt, sodass eine rasche Reaktion bei durchdrehendem kurveninneren Vorderrad möglich ist. Nach dem sprunghaften Anstieg kann die Kennlinie des zweiten Teilfaktors k₂ näherungsweise auf konstanter Höhe verharren oder, wie in 4 angedeutet, mit unterschiedlichen Steigungen weiterlaufen.
Die multiplikative Verknüpfung der beiden Teilfaktoren k₁ und k₂ bedeutet, dass das zweite Eingangssignal x_e2(t) dann einen von Null verschiedenen Wert hat, wenn das Fahrzeug 10 in einer Kurve fährt (ψ . ≠ 0 und dementsprechend Δn_{Soll_quer} ≠ 0) und wenn gleichzeitig das kurveninnere Vorderrad schneller als das kurvenäußere Vorderrad dreht (Δn_ACS > 0). Zusätzliche Teilfaktoren k₃, k₄, die vorzugsweise ebenfalls multiplikativ in das zweite Eingangssignal x_e2(t) einfließen, erlauben es, das zweite Eingangssignal x_e2(t) abhängig von bestimmten Fahrsituationen und Randbedingungen zu modifizieren. Beispielsweise ist zu berücksichtigen, dass das infolge des Schließens der Sperrkupplung 30 erzeugte Giermoment die erwartungsgemäße Lenkungsrückstellung der Vorderräder 26, 28 bei Kurvenfahrt verlangsamen oder sogar unterdrücken kann. Da sehr große Lenkwinkel üblicherweise nur in Fahrsituationen zu erwarten sind, bei denen ein zu hoher Schlupf am kurveninneren Vorderrad als nicht kritisch angesehen wird, beispielsweise beim Abbiegen mit geringer Geschwindigkeit, kann das zweite Eingangssignal x_e2(t) bei größeren Lenkwinkeln δ abgesenkt werden. Dies kann durch eine Kennlinie erreicht werden, wie sie in 5a für den Teilfaktor k₃ schematisch angedeutet ist. Bis zu einem ersten Grenzlenkwinkel δ₁ kann der Teilfaktor k₃ beispielsweise so bemessen sein, dass er keine lenkwinkelabhängige Schwächung des zweiten Eingangssignals x_e2(t) bewirkt. In einem Bereich zwischen dem ersten Grenzlenkwinkel δ₁ und einem zweiten Grenzlenkwinkel δ₂ kann der Teilfaktor k₃ mit zunehmend größer werdendem Lenkwinkel δ absinken, insbesondere proportional absinken. Vorzugsweise sinkt der Teilfaktor k₃ nicht auf Null ab, sondern bleibt ab dem zweiten Grenzlenkwinkel δ₂ auf einem von Null verschiedenen Wert, sodass selbst bei großen Lenkwinkeln ein (wenn auch schwaches) Schließen der Sperrkupplung 30 stattfinden kann.
Ebenso kann es erforderlich sein, die durch Schließen der Sperrkupplung 30 erzeugte Gierreaktion abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit zu justieren. Hierzu ist der Teilfaktor k₄ vorgesehen, für den eine beispielhafte Kennlinie in 5b dargestellt ist. Gemäß dieser Kennlinie wird bei kleinen Werten der mit v bezeichneten Fahrzeuggeschwindigkeit bis zu einer ersten Grenzgeschwindigkeit v₁ und auch bei hohen Werten der Fahrzeuggeschwindigkeit v ab einem zweiten Grenzwert v₂ eine signifikante Schwächung des zweiten Eingangssignals x_e2(t) bewirkt. Bei geringen Geschwindigkeiten kann beispielsweise der Wunsch bestehen, die Lenkungsrückstellung nicht durch das Schließen der Sperrkupplung 30 zu beeinträchtigen. Bei hohen Geschwindigkeiten kann dagegen eine Schräglaufunterstützung durch das erzeugte Giermoment entbehrlich sein. Dies führt zu der Kennlinienform der 5b, gemäß der der Teilfaktor k₄ in einem mittleren Geschwindigkeitsbereich maximal ist und zu beiden Seiten hin abfällt. Unterhalb der ersten Grenzgeschwindigkeit v₁ und oberhalb der zweiten Grenzgeschwindigkeit v₂ besitzt der Teilfaktor k₄ vorzugsweise einen zwar kleinen, jedoch von Null verschiedenen Wert, sodass ein geringfügiges Schließen der Sperrkupplung 30 auch in diesen randseitigen Geschwindigkeitsbereichen möglich ist. Es ist freilich nicht ausgeschlossen, dass die Kennlinie des Teilfaktors k₄ unterhalb von v₁ und oberhalb von v₂ Null ist.
Um unerwünschten Aktivierungen der Sperrkupplung 30 vorzubeugen, falls das kurvenäußere Vorderrad in Schlupf gerät, ist die Steuereinheit 34 bei einer bevorzugten Ausführungsform zusätzlich dazu eingerichtet, zu prüfen, ob das Vorzeichen der gemessenen Giergeschwindigkeit gleich dem Vorzeichen der Ist-Drehzahldifferenz der Räder 26, 28 ist, ob also sign(ψ .) = sign(Δn_{Ist_quer}), und ob die Ist-Drehzahldifferenz der Räder 26, 28 die Soll-Drehzahldifferenz betragsmäßig um mehr als einen vorbestimmten Faktor, insbesondere um mehr als das Doppelte übersteigt, d. h. ob |Δn_{Ist_quer}| > 2|Δn_{Soll_quer}|. Sind beide Bedingungen erfüllt, gibt das ACS-Regelmodul 62 das zweite Eingangssignal x_e2(t) nicht aus, oder mit anderen Worten gibt es das zweite Eingangssignal x_e2(t) mit dem Wert Null aus.
Es wird nun das WSC-Regelmodul 64 erläutert, das in Abhängigkeit eines Schlupfes λ_μH oder einer Drehzahldifferenz Δn_μH aus dem Zwischensignal x_z(t) das Ausgangssignal x_a(t) erzeugt. Der Schlupf λ_μH und die Drehzahldifferenz Δn_μH beziehen sich, soweit das Ausführungsbeispiel der 1 betroffen ist, auf dasjenige der Vorderräder 26, 28, dessen Kraftschlusspotential gegenüber dem Untergrund höher ist als beim anderen Vorderrad. Beide Größen λ_μH und Δn_μH sind ein Maß für den Schlupf des betreffenden Vorderrads, weswegen nicht nur die Größe λ_μH, die einen echten (prozentualen) Schlupf angibt, sondern auch die Größe Δn_μH, die eigentlich eine Drehzahldifferenz bezeichnet, als ein Schlupf im Sinne der Erfindung anzusehen sind.
Würde das Signal x_z(t) direkt zur Steuerung der Stelleinheit 32 verwendet, könnte die Gefahr bestehen, dass bei einem zu hohen Wert des Signals x_z(t) die Sperrwirkung der Sperrkupplung 30 so stark ist, dass dasjenige der Vorderräder 26, 28 durchzudrehen beginnt, dem als Folge des Schließens der Sperrkupplung 30 zusätzliches Antriebsmoment zugeteilt wurde. Es können dann keine Seitenführungskräfte mehr an diesem Vorderrad übertragen werden, was zu einer instabilen Fahrsituation führen kann. Das WSC-Regelmodul 64 ”filtert” daher das Zwischensignal x_z(t). Es erzeugt das Ausgangssignal x_a(t) so, dass es bei akzeptablen Schlupfverhältnissen an demjenigen der Vorderräder 26, 28, das ein höheres Kraftschlusspotential gegenüber dem Untergrund besitzt, unverändert oder zumindest im wesentlichen unverändert dem Zwischensignal x_z(t) entspricht. Bei zu hohem Schlupf des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials ”entkoppelt” das Regelmodul 68 jedoch das Ausgangssignal x_a(t) vom Zwischensignal x_z(t), um einen weiteren Anstieg des Schlupfs zu verhindern und den Schlupf wieder abzusenken. Das WSC-Regelmodul 64 wirkt sozusagen als Begrenzer oder Minderer, wobei die Begrenzungs- oder Minderungsfunktion vom Schlupf des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials abhängt.
Zur Ermittlung des Schlupfs λ_μH bzw. der Drehzahldifferenz Δn_μH ermittelt das WSC-Regelmodul 64, welches der Vorderräder 26, 28 momentan ein höheres Kraftschlusspotential gegenüber dem Untergrund besitzt. Hierzu berechnet sie eine ”Soll”-Drehzahldifferenz Δn_{Soll_längs} in Längsrichtung gemäß folgender Formel:
In dieser Formel bezeichnen l den Radstand des Fahrzeugs, d. h., den Abstand zwischen Vorder- und Hinterachse, n₃ die Drehzahl (Drehgeschwindigkeit) des linken Hinterrads 52 und n₄ die Drehzahl des rechten Hinterrads 50. Die aus Formel (6) ermittelte Drehzahldifferenz Δn_{Soll_längs} gibt eine theoretische Drehzahldifferenz zwischen einem Vorderrad und einem Hinterrad derselben Fahrzeuglängsseite bei längskraftfreier Kurvenfahrt an. Es versteht sich, dass andere Methoden zur Ermittlung einer idealen (ideal bezogen auf den längskraftfreien Zustand) Drehzahldifferenz zwischen Vorder- und Hinterrad einer Fahrzeuglängsseite vorstellbar sind und verwendet werden können.
Das WSC-Regelmodul 64 ermittelt daraufhin für beide Fahrzeuglängsseiten jeweils die Abweichung der tatsächlichen Drehzahldifferenz zwischen Vorder- und Hinterrad der betreffenden Fahrzeuglängsseite von obiger Soll-Drehzahldifferenz Δn_{Soll_längs}. Es wird hier zur Vereinfachung dieselbe Soll-Drehzahldifferenz Δn_{Soll_längs} für beide Fahrzeuglängsseiten herangezogen. Dem liegt die Annahme zugrunde, dass im fahrtechnisch interessierenden Bereich die sich theoretisch aus einer gegebenen Gierrate und Fahrzeuggeschwindigkeit ergebende Längs-Drehzahldifferenz zwischen Vorder- und Hinterrad bei längskraftfreier Kurvenfahrt auf beiden Fahrzeuglängsseiten zumindest näherungsweise gleich ist. Die Ermittlung der Abweichung der Ist-Drehzahldifferenz zwischen Vorder- und Hinterrad jeder Fahrzeuglängsseite von der Soll-Drehzahldifferenz Δn_{Soll_längs} geschieht für den Fall des Fahrzeugs mit reinem Vorderachsantrieb nach folgenden Formeln: Δn_links = n₁ – n₃ – Δn_{Soll_längs} (7) Δn_rechts = n₂ – n₄ – Δn_{Soll_längs} (8)
In den Formeln (7) und (8) bezeichnen Δn_links und Δn_rechts die Abweichung der Ist-Drehzahldifferenz zwischen linkem Vorderrad 28 und linkem Hinterrad 52 bzw. zwischen rechtem Vorderrad 26 und rechtem Hinterrad 50 von der Soll-Drehzahldifferenz Δn_{Soll_längs}. Die Indizes 1, 2, 3, 4 weisen dabei in dieser Reihenfolge auf das linke Vorderrad 28, das rechte Vorderrad 26, das linke Hinterrad 52 und das rechte Hinterrad 50 hin. n₁ bezeichnet dann die Drehzahl des linken Vorderrads 28, während n₂ die Drehzahl des rechten Vorderrads 26 bezeichnet.
Das WSC-Regelmodul 64 vergleicht daraufhin die beiden so erhaltenen Abweichungen Δn_links und Δn_rechts miteinander. Ist die Drehzahldifferenzabweichung Δn_links kleiner als die Abweichung Δn_rechts, so legt sie das linke Vorderrad 28 als Vorderrad höheren Kraftschlusspotentials gegenüber dem Untergrund fest. Im umgekehrten Fall legt sie das rechte Vorderrad 26 als dasjenige höheren Kraftschlusspotentials fest.
Der Schlupf λ_μH des ermittelten Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials kann von dem WSC-Regelmodul 64 beispielsweise wie folgt berechnet werden:
In dieser Formel bezeichnen n_μH die gemessene Ist-Drehzahl des ermittelten Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials und n_ref eine Referenzdrehzahl. Die Referenzdrehzahl n_ref ist ein Maß für die Fahrzeuggeschwindigkeit. Sie kann beispielsweise auf Basis der gemessenen Drehzahl mindestens eines nicht angetriebenen, schlupffreien Rads hergeleitet werden. Im hier betrachteten Beispielfall eines Fahrzeugs mit reinem Vorderachsantrieb kann demnach die Referenzgeschwindigkeit auf Basis der Drehzahl mindestens eines der Hinterräder hergeleitet werden. Vorzugsweise nimmt das WSC-Regelmodul 64 als Referenzdrehzahl n_ref die Ist-Drehzahl desjenigen Hinterrads, das sich auf derselben Fahrzeuglängsseite befindet wie das ermittelte Vorderrad höheren Kraftschlusspotentials.
Die Größe Δn_μH kann von dem WSC-Regelmodul 64 einfach als Differenz zwischen der Drehzahl n_μH und der Referenzdrehzahl n_ref ermittelt werden. Statt die Größen λ_μH und Δn_μH selbst zu ermitteln, können diese Größen auch außerhalb des Regelmoduls 64 berechnet und diesem als Parameter zugeführt werden.
Das WSC-Regelmodul 64 bildet eine Zustandsmaschine mit einer Mehrzahl von Zuständen und Zustandsübergängen. Im nachfolgend beschriebenen Beispielfall definiert die Zustandsmaschine insgesamt sechs Zustände, die in 6 durch Zahlen von 0 bis 5 gekennzeichnet sind. Die Pfeile in 6 stellen mögliche Übergänge zwischen den verschiedenen Zuständen dar.
Der Zustand 0 der Zustandsmaschine ist ein Normalzustand, in dem das WSC-Regelmodul 64 das Zwischensignal x_z(t) nicht beeinflusst und das Ausgangssignal x_a(t) dementsprechend dem Zwischensignal entspricht. Wenn der Schlupf λ_μH oder die Drehzahldifferenz Δn_μH des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials eine erste Schlupfschwelle λ₁ bzw. Δn₁ (eigentlich bezeichnet Δn₁ keine Schlupfschwelle, sondern eine Drehzahldifferenzschwelle; der Einfachheit halber werden hier jedoch die Schwelle Δn₁ und auch noch weitere Schwellen Δn₂, Δn₃ als Schlupfschwellen bezeichnet) übersteigt, tritt die Zustandsmaschine in einen Zustand 1 ein, in dem das WSC-Regelmodul 64 das Ausgangssignal x_a(t) auf dem Wert hält, den das Zwischensignal x_z(t) zum Zeitpunkt des Erreichens der ersten Schlupfschwelle hatte. Selbst wenn anschließend das Zwischensignal sich verändert, wird das Ausgangssignal auf diesem Haltewert gehalten. Die 7a und 7b zeigen beispielhafte Kennlinien der ersten Schlupfschwellen Δn₁, λ₁ in Abhängigkeit von der Referenzgeschwindigkeit n_ref. Man erkennt, dass die Schlupfschwelle Δn₁ mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit (die Referenzgeschwindigkeit n_ref ist ein Maß für die Fahrzeuggeschwindigkeit) ansteigt.
Wird im Anschluss an ein Überschreiten der ersten Schlupfschwelle Δn₁ bzw. λ₁ diese wieder unterschritten, geht die Zustandsmaschine entweder direkt in den Zustand 0 zurück, d. h. das Ausgangssignal x_a(t) folgt wieder dem Zwischensignal x_z(t), oder es wird zunächst ein Zustand 5 durchlaufen, von dem aus die Rückkehr in den Zustand 0 erfolgt. Der Zustand 5 wird an späterer Stelle noch näher erläutert. Er dient einer Angleichung des Ausgangssignals x_a(t) an das Zwischensignal x_z(t), falls zu dem Zeitpunkt, wenn der Schlupf λ_μH bzw. die Drehzahldifferenz Δn_μH des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials die erste Schlupfschwelle wieder nach unten durchstößt, eine Abweichung zwischen den aktuellen Werten des Ausgangssignals und des Zwischensignals des Regelmoduls 68 besteht.
Es kann sein, dass der Schlupf λ_μH bzw. die Drehzahldifferenz Δn_μH des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials nach Anstieg über die erste Schlupfschwelle auch noch über eine größere zweite Schlupfschwelle λ₂ bzw. Δn₂ (siehe 7a, 7b) hinaus ansteigt. Das Überschreiten der zweiten Schlupfschwelle Δn₂ bzw. λ₂ bewirkt einen Übergang der Zustandsmaschine vom Zustand 1 in einen Zustand 2. Es ist auch vorstellbar, dass der Schlupf λ_μH bzw. die Drehzahldifferenz Δn_μH des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials im Zustand 0 so rasch und plötzlich über die Schwelle λ₂ bzw. Δn₂ hinaus ansteigt, dass die Zustandsmaschine vom Zustand 0 direkt in den Zustand 2 übergeht (bei Verwendung zeitdiskreter Signale für die gemessenen Raddrehzahlen).
Im Zustand 2 wird das Ausgangssignal x_a(t) auf einen vorbestimmten ersten Wert herabgesetzt. Dieser erste Wert kann beispielsweise Null sein oder er kann ein betragsmäßig festgelegter, vergleichsweise kleiner Wert sein. Alternativ ist es möglich, den ersten Wert als einen vergleichsweise geringen prozentualen Anteil (beispielsweise 5% oder 10%) des letzten Werts des Ausgangssignals x_a(t) festzulegen. Alle diese Möglichkeiten sollen im Rahmen der Erfindung unter die Charakterisierung des ersten Werts als ”vorbestimmt” fallen. Das WSC-Regelmodul 64 bewirkt zugleich die Speicherung des letzten Werts des Ausgangssignals x_a(t), also des Werts, den das Ausgangssignal zum Zeitpunkt des Erreichens der zweiten Schlupfschwelle durch den Schlupf λ_μH bzw. die Drehzahldifferenz Δn_μH des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials hatte.
Im Zustand 2 erfolgt ferner eine Überwachung des Verlaufs von λ_μH bzw. Δn_μH auf das Auftreten eines lokalen Maximums. Erreicht der Schlupf λ_μH bzw. die Drehzahldifferenz Δn_μH ein solches lokales Maximum, tritt die Zustandsmaschine bei Erreichen des lokalen Maximums vom Zustand 2 in einen Zustand 3 ein, sofern nicht zuvor noch eine dritte Schlupfschwelle λ₃ bzw. Δn₃ überschritten wurde. Eine beispielhafte qualitative fahrzeuggeschwindigkeitsabhängige Kennlinie der dritten Schlupfschwelle ist ebenfalls in den 7a, 7b erkennbar. Wurde dagegen die dritte Schlupfschwelle λ₃ bzw. Δn₃ überschritten, bevor das lokale Maximum erreicht wurde, erfolgt der Übergang vom Zustand 2 in den Zustand 3 erst dann, wenn der Schlupf λ_μH bzw. die Drehzahldifferenz Δn_μH des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials z. B. wieder auf die dritte Schlupfschwelle abgesunken ist.
Im Zustand 3 wird das Ausgangssignal x_a(t) von dem vorbestimmten ersten Wert auf einen vorbestimmten zweiten Wert heraufgesetzt, der einem vorbestimmten prozentualen Anteil des zuletzt gespeicherten Werts des Ausgangssignals x_a(t) entspricht. Der prozentuale Anteil liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 60% und 100%. Der zuletzt gespeicherte Wert des Ausgangssignals x_a(t) ist derjenige, der beim letztmaligen Eintritt in den Zustand 2 gespeichert wurde. Das Ausgangssignal wird auf dem vorbestimmten zweiten Wert solange gehalten, bis die Zustandsmaschine in einen anderen Zustand eintritt.
Im Zustand 3 wird ferner der Verlauf von λ_μH bzw. Δn_μH auf das Auftreten eines lokalen Minimums oberhalb der zweiten Schlupfschwelle überwacht. Tritt ein solches lokales Minimum auf, d. h. steigt der Schlupf λ_μH bzw. die Drehzahldifferenz Δn_μH des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials wieder an, erfolgt wieder ein Zustandsübergang in den Zustand 2. Der Übergang findet zu dem Zeitpunkt statt, an dem der Schlupf des Vorderrads höheren Reibwerts das lokale Minimum erreicht. Gleichzeitig wird der zuletzt geltende Wert des Ausgangssignals x_a(t) wieder gespeichert. Der Übergang in den Zustand 2 bewirkt, dass das Ausgangssignal auf den vorbestimmten ersten Wert zurückgesetzt wird.
Unterschreitet schließlich der Schlupf λ_μH bzw. die Drehzahldifferenz Δn_μH des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials wieder die zweite Schlupfschwelle λ₂ bzw. Δn₂, so tritt die Zustandsmaschine in einen Zustand 4 ein, in dem der im Zustand 3 gesetzte Wert des Ausgangssignals x_a(t) solange gehalten wird, wie sich der Schlupf λ_μH bzw. die Drehzahldifferenz Δn_μH des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials zwischen der ersten Schlupfschwelle und der zweiten Schlupfschwelle befindet. Wird die zweite Schlupfschwelle λ₂ bzw. Δn₂, wieder überschritten, erfolgt eine Rückkehr in den Zustand 2, und zwar wiederum unter Speicherung des zuletzt gültigen Werts des Ausgangssignals x_a(t). Fällt dagegen der Schlupf λ_μH bzw. die Drehzahldifferenz Δn_μH des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials unter die erste Schlupfschwelle λ₁ bzw. Δn₁ ab, kehrt die Zustandsmaschine vom Zustand 4 in den Zustand 0 zurück, und zwar entweder direkt oder über den Umweg des Zustands 5.
Wie weiter oben erwähnt, dient der Zustand 5 dazu, nach Unterschreiten der ersten Schlupfschwelle λ₁ bzw. Δn₁ eine Angleichung des Ausgangssignals x_a(t) an das Zwischensignal x_z(t) herbeizuführen. Wenn zum Zeitpunkt des Unterschreitens der ersten Schlupfschwelle das Zwischensignal x_z(t) einen größeren Wert als das Ausgangssignal x_a(t) aufweist, bewirkt der Zustand 5, dass das Ausgangssignal x_a(t) nach Maßgabe einer vorbestimmten Anstiegsfunktion auf den aktuellen Wert des Zwischensignals x_z(t) angehoben wird. Auf diese Weise kann ein sprungartiger Anstieg des der Stelleinheit 32 zugeführten Steuersignals vermieden werden. Die Anstiegsfunktion kann beispielsweise eine lineare Rampenfunktion sein, wobei nichtlineare Funktionen keineswegs ausgeschlossen sind. Es ist auch der Fall nicht auszuschließen, dass zum Zeitpunkt des Unterschreitens der ersten Schlupfschwelle das Zwischensignal x_z(t) einen kleineren Wert als das Ausgangssignal x_a(t) besitzt. Es kann dann die Steuereinheit 34 den Wert des Ausgangssignals nach Maßgabe einer vorbestimmten Abfallfunktion an den aktuellen Wert des Zwischensignals annähern oder die Regelhoheit direkt an die vorgeschalteten Regelmodule 60, 62 zurückgeben, so dass das niedrigere Zwischensignal x_z(t) unmittelbar übernommen wird.
Da nicht ausgeschlossen ist, dass nach Unterschreiten der ersten Schlupfschwelle λ₁ bzw. Δn₁ der Schlupf λ_μH bzw. die Drehzahldifferenz Δn_μH des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials wieder ansteigt, erfolgt auch im Zustand 5 eine Überwachung des Verlaufs von λ_μH bzw. Δn_μH, sodass bei erneutem überschreiten der ersten Schlupfschwelle ein Übergang vom Zustand 5 in den Zustand 1 oder sogar direkt in den Zustand 2 (wenn nicht nur die erste, sondern auch die zweite Schlupfschwelle überschritten wird) möglich ist.
Die Schlupfschwellen Δn₁, Δn₂, Δn₃ bzw. λ₁, λ₂, λ₃ können nicht nur fahrzeuggeschwindigkeitsabhängig gewählt werden, sondern auch abhängig von einem oder mehreren weiteren Betriebsparametern des Fahrzeugs. Ein möglicher weiterer Einflussparameter für den Wert der Schlupfschwellen ist die Querbeschleunigung des Fahrzeugs. 8 zeigt eine beispielhafte Abhängigkeit der zweiten Schlupfschwelle Δn₂ von der Referenzdrehzahl n_ref und der mit a bezeichneten Fahrzeugquerbeschleunigung. Man erkennt, dass mit zunehmender Querbeschleunigung der Wert der zweiten Schlupfschwelle Δn₂ zunehmend kleiner wird. Entsprechendes kann für die erste Schlupfschwelle Δn₁ und die dritte Schlupfschwelle Δn₃ gelten. Das Absenken der Schlupfschwellen mit zunehmender Fahrzeugquerbeschleunigung ist zweckmäßig, weil eine höhere Querbeschleunigung eine höhere Seitenführungskapazität der Reifen erfordert und deshalb schon früh das dem Vorderrad höheren Kraftschlusspotentials zusätzlich zugeteilte Antriebsmoment begrenzt werden muss, um die Seitenführungskapazität dieses Vorderrads zu erhalten. Alternativ oder zusätzlich können die Schlupfschwellen An₁, Δn₂, Δn₃ bzw. λ₁, λ₂, λ₃ abhängig von der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs oder vom Motormoment sein.
Das vorstehend erläuterte Regelkonzept kann prinzipiell für beliebige Drehmomentübertragungskupplungen eingesetzt werden, die in einer angetriebenen Achse eines Fahrzeugs angeordnet sind. Im Fall der Steuerung einer in der Hinterachse eines Fahrzeugs angeordneten Drehmomentübertragungskupplung kann vorstehende Formel (1) mit der Maßgabe übernommen werden, für n_li die Drehzahl des linken Hinterrads und für n_re die Drehzahl des rechten Hinterrads zu verwenden. Ist das Fahrzeug eines mit reinem Hinterachsantrieb müssen die vorstehenden Formeln (6), (7) und (8) geringfügig modifiziert werden. Die linksseitige Drehzahldifferenzabweichung Δn_links kann dann als n₃ – n₁ + Δn_{Soll_längs} und die rechtsseitige Drehzahldifferenzabweichung Δn_rechts als n₄ – n₂ + Δn_{Soll_längs} berechnet werden, wobei für die Berechnung der Soll-Drehzahldifferenz Δn_{Soll_längs} in obiger Formel (6) statt der Hinterraddrehzahlen n₃, n₄ die Vorderraddrehzahlen n₁, n₂ zu nehmen sind. Ist Δn_links kleiner als Δn_rechts, ist das linke Hinterrad 44 dasjenige höheren Kraftschlusspotentials gegenüber dem Untergrund, ist dagegen Δn_links größer als Δn_rechts, ist es das rechte Hinterrad 46. Der Schlupf λ_μH des ermittelten Hinterrads höheren Kraftschlusspotentials kann mit obiger Formel (9) ermittelt werden. Als Referenzdrehzahl n_ref nimmt das WSC-Regelmodul 64 dann jedoch einen Wert, der auf einer Drehzahlmessung an mindestens einem der Vorderräder beruht. Insbesondere kann als Referenzdrehzahl n_ref die Drehzahl desjenigen Vorderrads verwendet werden, das auf derselben Fahrzeuglängsseite wie das ermittelte Hinterrad höheren Kraftschlusspotentials liegt.
Im Fall eines zweiachsigen Fahrzeugs, bei dem beide Achsen angetrieben sind (entweder permanent über ein Zentraldifferential oder nach Zuschaltung einer Achse mittels einer Verteilerkupplung), kann es sein, dass ein Vergleich der Drehzahldifferenzabweichungen beider Fahrzeuglängsseiten alleine nicht ausreicht, um mit Sicherheit feststellen zu können, welches der Vorderräder oder/und welches der Hinterräder dasjenige höheren Kraftschlusspotentials ist. Zusätzlich kann deshalb die Größe Δn_{Soll_quer} berücksichtigt werden.
Im Fall der Steuerung einer Drehmomentübertragungskupplung, welche in der Vorderachse eines Fahrzeugs mit angetriebener Vorder- und Hinterachse angeordnet ist, können dann zur Ermittlung des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials die linksseitige Drehzahldifferenzabweichung Δn_links als n₁ – n_ref – Δn_{Soll_längs} und die rechtsseitige Drehzahldifferenzabweichung Δn_rechts als n₂ – n_ref – Δn_{Soll_längs} berechnet werden, wobei Δn_{Soll_längs} aus obiger Formel (6) mit der Maßgabe berechnet werden kann, den Nenner-Term (n₃ + n₄) durch 2 × n_ref zu ersetzen. Hinsichtlich n_ref kann auf in der Fachwelt einschlägig bekannte Methoden zur Ermittlung einer Referenzdrehzahl für allradgetriebene Fahrzeuge verwiesen werden. Nur beispielhaft sei hier auf die in DE 199 36 710 A1 und DE 195 27 531 A1 beschriebenen Methoden verwiesen. Zusätzlich wird eine vordere Quer-Drehzahldifferenz Δn₁₂ = n₁ – n₂ berechnet.
Dagegen können im Fall der Steuerung einer Drehmomentübertragungskupplung, welche in der Hinterachse eines allradgetriebenen Fahrzeugs angeordnet ist, zur Ermittlung des Hinterrads höheren Kraftschlusspotentials die linksseitige Drehzahldifferenzabweichung Δn_links als n₃ – n_ref + Δn_{Soll_längs} und die rechtsseitige Drehzahldifferenzabweichung Δn_rechts als n₄ – n_ref + Δn_{Soll_längs} berechnet werden. Δn_{Soll_längs} wird hier in gleicher Weise berechnet wie im obigen Fall einer in einer Vorderachse eines allradgetriebenen Fahrzeugs angeordneten Drehmomentübertragungskupplung. Außerdem wird eine hintere Quer-Drehzahldifferenz Δn₃₄ = n₃ – n₄ berechnet.
Durch Vergleich, ob Δn_links größer oder kleiner als Δn_rechts ist und außerdem ob Δn₁₂ (bei Steuerung einer Vorderachskupplung) bzw. Δn₃₄ (bei Steuerung einer Hinterachskupplung) größer, kleiner oder gleich Δn_{Soll_quer} ist, kann dann im Zweiachs-Antriebsfall ermittelt werden, welches der Vorderräder höheres Kraftschlusspotential hat bzw. welches der Hinterräder höheres Kraftschlusspotential hat.
Die Schlupfberechnung des ermittelten Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials bzw. des ermittelten Hinterrads höheren Kraftschlusspotentials kann daraufhin unter Verwendung der Referenzdrehzahl n_ref nach obiger Gleichung (9) erfolgen.

Claims

Verfahren zur Ermittlung einer Steuergröße zur Steuerung einer Drehmomentübertragungskupplung (30) in einer angetriebenen Achse eines Kraftfahrzeugs (10), dadurch gekennzeichnet, dass durch Verknüpfung von mindestens zwei Eingangssignalen (x_e1(t), x_e2(t)) ein Zwischensignal (x_z(t)) und aus diesem ein Ausgangssignal (x_a(t)) ermittelt wird, auf dessen Grundlage die Steuergröße ermittelt wird, wobei ein erstes (x_e1(t)) der Eingangssignale abhängig von einer Abweichung einer gemessenen Drehzahldifferenz (Δn_{Ist_quer}) der Räder der angetriebenen Achse von einer von der Ist-Gierrate (ψ .) des Fahrzeugs abhängigen theoretischen Quer-Drehzahldifferenz (Δn_{Soll_quer}) dieser Räder bei schlupffreier Kurvenfahrt ermittelt wird, wobei ein zweites (x_e2(t)) der Eingangssignale abhängig von einer multiplikativen Verknüpfung eines von der Ist-Gierrate (Ψ) des Fahrzeugs abhängigen ersten Teilfaktors (k₁) mit einem zweiten Teilfaktor (k₂) ermittelt wird, wobei der zweite Teilfaktor von einer bei Kurvenfahrt des Fahrzeugs für die Drehzahldifferenz zwischen einem kurveninneren und einem kurvenäußeren Rad der angetriebenen Achse repräsentativen Kurven-Drehzahldifferenz (Δn_ACS) dieser Räder abhängig ist und zumindest näherungsweise ab Drehzahlgleichheit zwischen dem kurveninneren und dem kurvenäußeren Rad hin zu größeren Drehzahlen des kurveninneren Rads gegenüber dem kurvenäußeren Rad einen von Null verschiedenen Wert besitzt, wobei für die Ermittlung des Ausgangssignals (x_a(t)) ermittelt wird, welches von den Rädern der angetriebenen Achse höheres Kraftschlusspotential gegenüber dem Untergrund besitzt, und sodann durch schlupfabhängige Filterung des Zwischensignals (x_z(t)) abhängig von einem Schlupf dieses angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials das Ausgangssignal (x_a(t)) gewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die theoretische Quer-Drehzahldifferenz (Δn_{Soll_quer}) gemäß der Formel
ermittelt wird, wobei Δn_{Soll_quer} die theoretische Quer-Drehzahldifferenz bezeichnet, ψ . die Ist-Gierrate bezeichnet, b die Spurweite der Räder bezeichnet und r_dyn den dynamischen Radhalbmesser der Räder bezeichnet, wobei ψ . bei Durchfahren einer Linkskurve in Vorwärtsrichtung positiv ist und wobei Δn_{Soll_quer} negativ ist, wenn das linke Rad der angetriebenen Achse langsamer als das rechte Rad dieser Achse dreht, und dass das erste Eingangssignal (x_e1(t)) abhängig vom Betrag der Abweichung der gemessenen Drehzahldifferenz der Räder der angetriebenen Achse von der theoretischen Quer-Drehzahldifferenz gemäß der Formel x_e1(t) = f(Δn_TCM) = f(|Δn_{Ist_quer} ± Δn_{Soll_quer}|) ermittelt wird, wobei Δn_{Ist_quer} die gemessene Drehzahldifferenz der Räder der angetriebenen Achse bezeichnet und gemäß Δn_{Ist_quer} = n_li – n_re ermittelt wird, wobei n_li die gemessene Drehzahl des linken Rads der angetriebenen Achse bezeichnet und n_re die gemessene Drehzahl des rechten Rads der angetriebenen Achse bezeichnet, wobei |.| den Betrag des zwischen den beiden Strichen angegebenen Ausdrucks bezeichnet, wobei Δn_TCM den Betrag der Abweichung zwischen Δn_{Ist_quer} und Δn_{Soll_quer} bezeichnet, wobei zur Ermittlung dieser Abweichung bei Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs Δn_{Soll_quer} ^von Δn_{Ist_quer} subtrahiert wird und bei Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs Δn_{Ist_quer} und Δn_{Soll_quer} addiert werden, und wobei f(.) eine funktionale Abhängigkeit bezeichnet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilfaktor (k₁) direkt proportional zur Ist Gierrate (ψ .) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilfaktor (k₁) repräsentativ für den gemäß der Formel
ermittelten Betrag der theoretischen Quer-Drehzahldifferenz zwischen den beiden Rädern der angetriebenen Achse ist, wobei Δn_{Soll_quer} die theoretische Quer-Drehzahldifferenz bezeichnet, ψ . die Ist-Gierrate bezeichnet, b die Spurweite der Räder bezeichnet, r_dyn den dynamischen Radhalbmesser der Räder bezeichnet und |.| den Betrag des zwischen den beiden Strichen angegebenen Ausdrucks bezeichnet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurven-Drehzahldifferenz (Δn_ACS) der beiden Räder der angetriebenen Achse gemäß der Formel Δn_ACS = |Δn_{Ist_quer} – Δn_{Soll_quer}| – |Δn_{Soll_quer}| ermittelt wird, wobei Δn_ACS die Kurven-Drehzahldifferenz bezeichnet, Δn_{Ist_quer} die gemessene Drehzahldifferenz der beiden Räder bezeichnet, Δn_{Soll_quer} die theoretische Quer-Drehzahldifferenz der beiden Räder bezeichnet und |.| den Betrag des jeweils zwischen den beiden Strichen angegebenen Ausdrucks bezeichnet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Eingangssignal (x_e2(t)) abhängig von einer multiplikativen Verknüpfung des ersten Teilfaktors (k₁), des zweiten Teilfaktors (k₂) und ferner eines vom Einschlag (δ) eines Lenkrads (44) des Fahrzeugs abhängigen dritten Teilfaktors (k₃) oder/und eines von der Geschwindigkeit (v) des Fahrzeugs abhängigen vierten Teilfaktors (k₄) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilfaktor (k₂) ferner abhängig vom Gradient des zeitlichen Verhaltens der gemessenen Drehzahldifferenz (Δn_{Ist_quer}) der beiden Räder der angetriebenen Achse ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Anstieg des Schlupfs (λ_μH, Δn_μH) des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials über eine von Null verschiedene, vorbestimmte erste Schlupfschwelle (λ₁, Δn₁) das Ausgangssignal (x_a(t)) ab Erreichen der ersten Schlupfschwelle im Wesentlichen gleich dem zum Zeitpunkt des Erreichens der ersten Schlupfschwelle vorliegenden Wert des Zwischensignals (x_z(t)) festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Anstieg des Schlupfs (λ_μH, Δn_μH) des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials über eine vorbestimmte zweite Schlupfschwelle (λ₂, Δn₂), welche größer als die erste Schlupfschwelle (λ₁, Δn₁) ist, das Ausgangssignal (x_a(t)) im Wesentlichen ab Erreichen der zweiten Schlupfschwelle auf einen vorbestimmten ersten Wert herabgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach Anstieg des Schlupfs (λ_μH, Δn_μH) des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials über die zweite Schlupfschwelle (λ₂, Δn₂) der Schlupfverlauf auf das Auftreten eines lokalen Maximums überwacht wird und bei Auftreten eines lokalen Schlupfmaximums das Ausgangssignal (x_a(t)) im Wesentlichen ab Erreichen des lokalen Schlupfmaximums von dem vorbestimmten ersten Wert auf einen vorbestimmten zweiten Wert heraufgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Anstieg des Schlupfs (λ_μH, Δn_μH) des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials über eine vorbestimmte dritte Schlupfschwelle (λ₃, Δn₃), welche größer als die zweite Schlupfschwelle (λ₂, Δn₂) ist, das Ausgangssignal (x_a(t)) im Wesentlichen ab dem Zeitpunkt, an dem der Schlupf wieder auf die dritte Schlupfschwelle abgefallen ist, von dem vorbestimmten ersten Wert auf einen vorbestimmten zweiten Wert heraufgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach Anstieg des Schlupfs (λ_μH, Δn_μH) des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials über die zweite Schlupfschwelle (λ₂, Δn₂) der Schlupfverlauf auf das Auftreten eines lokalen Minimums überwacht wird und bei Auftreten eines lokalen Schlupfminimums das Ausgangssignal (x_a(t)) im Wesentlichen ab Erreichen des lokalen Schlupfminimums von dem vorbestimmten zweiten Wert auf den vorbestimmten ersten Wert herabgesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Zeitpunkt des Erreichens der zweiten Schlupfschwelle (λ₂, Δn₂) oder/und der zum Zeitpunkt des Erreichens des lokalen Schlupfminimums vorliegende Wert des Ausgangssignals (x_a(t)) gespeichert wird und der vorbestimmte zweite Wert abhängig von dem zuletzt gespeicherten Wert des Ausgangssignals (x_a(t)) gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Abfall des Schlupfs (λ_μH, Δn_μH) des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials unter die erste Schlupfschwelle (λ₁, Δn₁) das Ausgangssignal (x_a(t)) ab Erreichen der ersten Schlupfwelle mit einem vorbestimmten Anstiegs- oder Abfallverlauf an das Zwischensignal (x_z(t)) angeglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (λ₁, Δn₁) oder/und die zweite (λ₂, Δn₂) oder/und die dritte Schlupfschwelle (λ₃, Δn₃) abhängig von mindestens einem der folgenden Parameter gewählt werden: eine Fahrzeuggeschwindigkeit (v), eine Fahrzeuglängsbeschleunigung, eine Fahrzeugquerbeschleunigung (a), ein von einem Antriebsmotor des Fahrzeugs bereitgestelltes Motormoment.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verknüpfung der Eingangssignale (x_e1(t), x_e2(t)) eine Ermittlung umfasst, welches der Signale den größten Wert hat, und dass das Eingangssignal mit dem größten Wert als Zwischensignal verwendet wird.
Anordnung zur Ermittlung einer Steuergröße zur Steuerung einer Drehmomentübertragungskupplung (30) in einer angetriebenen Achse eines Kraftfahrzeugs (10), gekennzeichnet durch eine die Kupplung (30) steuernde elektronische Steuereinheit (34), welche dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 durchzuführen.