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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachjustieren eines
Aktuators einer Allradkupplung eines Kraftfahrzeugs.
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Bei
einem Kraftfahrzeug mit zuschaltbarem Allradantrieb wird zumindest
ein Teil eines Antriebsmoments einer Antriebseinheit permanent auf
eine Primärachse des Kraftfahrzeugs übertragen.
Mittels einer Reibungskupplung – beispielsweise einer Lamellenkupplung – wird
wahlweise ein Teil des Antriebsmoments auch auf eine Sekundärachse
des Kraftfahrzeugs übertragen.
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Hierfür
wird in einer zugeordneten Steuereinheit aufgrund von Fahrzustandsparametern – wie beispielsweise
einer Raddrehzahldifferenz zwischen Primärachse und Sekundärachse,
eines Lenkwinkels und einer Gierrate des Fahrzeugs – ein
Sollkupplungsmoment berechnet. Um dieses Sollkupplungsmoment an
der Allradkupplung des Kraftfahrzeugs einzustellen, wird gemäß einer
vorbestimmten Sollkupplungsmoment-/Steuersignal-Beziehung ein Steuersignal
für einen Kupplungsaktuator festgelegt, wobei dieses Steuersignal
einem bestimmten Verstellweg des Aktuators und somit der Kupplung
entspricht. Die genannte Sollkupplungsmoment-/Steuersignal-Beziehung
kann beispielsweise als Funktion oder als Tabelle gespeichert sein.
Typischerweise besitzt diese Beziehung in dem relevanten Bereich einen
im Wesentlichen linearen Verlauf, so dass diese Beziehung durch
einen Offset-Wert und eine Steigung charakterisiert werden kann.
Die Betätigung der Allradkupplung mittels des zu geordneten
Aktuators kann beispielsweise elektrisch, elektromechanisch, elektromagnetisch,
hydraulisch oder magnetorheologisch erfolgen.
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Die
genannte Sollkupplungsmoment-/Steuersignal-Beziehung zum Ansteuern
des Kupplungsaktuators kann beispielsweise durch eine werkseitige Kalibrierung
der Kupplung festgelegt werden. Allerdings kann sich diese Beziehung
im Laufe der Zeit aufgrund von Verschleißerscheinungen ändern,
so dass das mittels des Aktuators eingestellte Kupplungsmoment nicht
mehr dem Sollwert entspricht. Um diesen Effekt zu vermeiden, ist
eine Nachjustierung des Aktuators aufgrund einer Stellgenauigkeitsbeobachtung
erforderlich. Eine direkte Messung des mittels der Allradkupplung übertragenen
Drehmoments ist jedoch unerwünscht aufwendig.
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Aus
der
DE 103 46 671
A1 ist es bekannt, das tatsächliche Kupplungsmoment
aus dem Antriebsschlupf an der Vorderachse, dem Antriebsschlupf
an der Hinterachse und dem Gesamtantriebsmoment zu berechnen. Dieses
Verfahren setzt jedoch voraus, dass der Antriebsschlupf an der Vorderachse
und der Antriebsschlupf an der Hinterachse als separate Werte bekannt
sind bzw. dass die Konstanten zur Berechnung des an der Vorderachse
und an der Hinterachse übertragenen Antriebsmoments gekürzt
werden können, was nicht immer den in der Praxis tatsächlich
herrschenden Bedingungen entspricht.
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Die
DE 103 46 673 A1 beschreibt
ein Verfahren, bei dem dem Kupplungsaktuator ein Verstellweg vorgegeben
wird, der gemäß einer Kennlinie zu einem voll
gesperrten Zustand der Kupplung führen müsste,
und es wird geprüft, ob ein Schlupfen der Übertragungskupplung
auftritt. Hierfür muss die Kupplung allerdings eigens in
den gesperrten Zustand gebracht werden, was das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs
unerwünscht beeinflussen kann, insbesondere wenn dieser
Zustand über einen längeren Zeitraum gehalten
werden soll, um durch Mittelung der Messwerte die Genauigkeit des
Verfahrens zu erhöhen.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein einfaches und robustes Verfahren
zum Nachjustieren eines Aktuators einer Allradkupplung eines Kraftfahrzeugs
anzugeben, welches die vorstehend erläuterten Nachteile
vermeidet.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst, und insbesondere dadurch, dass die folgenden
Schritte durchgeführt werden:
- – Bestimmen
eines Kupplungsschlupfwerts, der einer Differenz zwischen der Drehzahl
der Primärachse und der Drehzahl der Sekundärachse
entspricht;
- – Bestimmen eines Referenz-Sekundärachsenmoments,
das dem auf die Sekundärachse übertragenen Anteil
des Antriebsmoments entspricht, für den ein Kupplungsschlupfwert
von im Wesentlichen Null erwartet wird; und
- – Vergleichen des Kupplungsschlupfwerts mit einem Schwellwert
und Vergleichen des Sollkupplungsmoments mit dem Referenz-Sekundärachsenmoment;
wobei
die Sollkupplungsmoment-/Steuersignal-Beziehung in Abhängigkeit
von dem Ergebnis der Vergleiche geändert wird.
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Bei
diesem Verfahren wird also ein Kupplungsschlupfwert bestimmt, der
der Drehzahl der Primärachse des Kraftfahrzeugs abzüglich
der Drehzahl der Sekundärachse des Kraftfahrzeugs entspricht. Diese
Drehzahlen können beispielsweise aus den Signalen der üblicherweise
vorhandenen Raddrehzahlsensoren des Kraftfahrzeugs abgeleitet werden, wobei
die Signale der Sensoren einer Achse gemittelt werden.
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Ferner
wird ein so genanntes Referenz-Sekundärachsenmoment bestimmt.
Dieses entspricht demjenigen auf die Sekundärachse des
Kraftfahrzeugs übertragenen Anteil des Antriebsmoments,
für den sich theoretisch ein Kupplungsschlupfwert von im
Wesentlichen Null ergibt, wenn sämtliche Räder des
Kraftfahrzeugs sich auf einem Untergrund mit demselben Reibungskoeffizienten
bewegen (tatsächlicher oder kompensierter Kupplungsschlupfwert,
wie nachstehend noch erläutert). Das Referenz-Sekundärachsenmoment
entspricht somit einer vorbestimmten Verteilung des Antriebsmoments
auf die Primärachse und die Sekundärachse und
somit einem vorbestimmten Bezugspunkt auf den so genannten Schlupfkurven
der Räder der Vorderachse und der Hinterachse (Schlupfkurve
= Abhängigkeit des von den Rädern der betreffenden
Achse übertragenen Drehmoments von dem Antriebsschlupf).
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Der
genannte Anteil des Antriebsmoments kann für einen bestimmten
Fahrzeugtyp empirisch ermittelt werden und insbesondere entsprechend
einer Achslastverteilung des Kraftfahrzeugs festgelegt werden, wobei
dieser Anteil vereinfachend als konstant angenommen werden kann.
Das momentane Antriebsmoment kann beispielsweise anhand von Motordaten
und Daten einer Getriebesteuerung des Kraftfahrzeugs bestimmt werden,
wobei diese Daten üblicherweise über einen Datenbus
des Kraftfahrzeugs (z. B. CAN-Bus) verfügbar sind.
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Der
somit ermittelte Kupplungsschlupfwert wird mit einem vorbestimmten
Schwellwert verglichen, wobei dieser Schwellwert insbesondere Null beträgt
oder einem Toleranzwert von nahezu Null entspricht. Wenn der Kupplungsschlupfwert
größer (oder kleiner) ist als der Schwellwert,
so wird hieraus geschlossen, dass die Drehzahl der Sekundärachse geringer
(bzw. größer) ist als die Drehzahl der Primärachse.
Außerdem wird das vorgegebene Sollkupplungsmoment mit dem
Referenz-Sekundärachsen moment verglichen. Wenn das Sollkupplungsmoment
kleiner (oder größer) ist als das Referenz-Sekundärachsenmoment,
so wird hieraus geschlossen, dass – bezogen auf die vorbestimmte
Verteilung des Antriebsmoments – von der zugeordneten Steuereinheit
eine ungleichgewichtige Verteilung des Antriebsmoments angefordert
wird, wobei dementsprechend an der Sekundärachse eine geringere
Drehzahl als an der Primärachse (bzw. zumindest eine gleich
hohe Drehzahl wie an der Primärachse) vorliegen müsste.
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Wenn
die Ergebnisse dieser beiden Überprüfungen nicht übereinstimmen,
beispielsweise wenn die Drehzahl der Sekundärachse geringer
ist als die Drehzahl der Primärachse und wenn auf die Sekundärachse
eigentlich ein höheres Antriebsmoment übertragen
werden soll als dem Referenz-Sekundärachsenmoment entsprechend,
so wird die Sollkupplungsmoment-/Steuersignal-Beziehung entsprechend
korrigiert. Beispielsweise kann hierfür ein Offset-Wert
dieser Beziehung geändert werden, da sich gezeigt hat,
dass die erläuterten Verschleißerscheinungen bei
einem Aktuator einer Allradkupplung sich hauptsächlich
auf den Offset-Wert und weniger auf die Steigung der Sollkupplungsmoment-/Steuersignal-Beziehung
auswirken. Die Anpassung kann hierbei proportional zu der Abweichung
des Kupplungsschlupfwerts von dem genannten Schwellwert und/oder
proportional zu der Abweichung des Sollkupplungsmoments von dem
Referenz-Sekundärachsenmoment erfolgen. Alternativ erfolgt
die Korrektur der Sollkupplungsmoment-/Steuersignal-Beziehung in
vorbestimmten Fixwerten, d. h. in Schritten vorbestimmter Größe.
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Die
geänderte Sollkupplungsmoment-/Steuersignal-Beziehung wird
bei nachfolgenden Betätigungen der Kupplung berücksichtigt,
bis aufgrund der ständig durchgeführten Beobachtung
der Stellgenauigkeit eine neuerliche Nachjustierung vorgenommen
wird.
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Ein
wichtiger Aspekt der Erfindung besteht somit darin, dass als Referenz
für die Überprüfung der Stellgenauigkeit
des Aktuators der Allradkupplung das erläuterte Referenz-Sekundärachsenmoment
herangezogen wird, für welches ein Kupplungsschlupfwert
von im Wesentlichen Null erwartet wird. Für die Überprüfung
der Stellgenauigkeit wird somit ein einziger Bezugspunkt festgelegt,
der im Wesentlichen auf einer einmaligen Untersuchung des betreffenden
Fahrzeugstyps basieren kann. Das erläuterte Referenz-Sekundärachsenmoment
eignet sich besonders gut als Bezugspunkt für spätere
Stellgenauigkeitsbeobachtungen, da auch die in der Praxis relevanten
Stellvorgänge des Kupplungsaktuators hauptsächlich
für einen Bereich der Sollkupplungsmoment-/Steuersignal-Beziehung
erfolgen, der einer nahezu gleichgewichtigen Verteilung des Antriebsmoments
auf die beiden Fahrzeugachsen entspricht.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren setzt nicht voraus,
dass bei einer Berechnung des an der Vorderachse übertragenen
Antriebsmoments und des an der Hinterachse übertragenen
Antriebsmoments der jeweilige Antriebsschlupf mit einer Konstante
zu multiplizieren ist, die für die Vorderachse und die
Hinterachse identisch ist und somit bei einer Berechnung des gekürzt
werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren berücksichtigt
stattdessen, dass die Schlupfkurve für die Räder
der Vorderachse und die Schlupfkurve für die Räder
der Hinterachse auch im linearen Bereich unterschiedlich sein können.
Somit wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
zugelassen, dass bei gleichem Antriebsschlupf an der Vorderachse
und an der Hinterachse das jeweilige Antriebsmoment an den beiden
Achsen unterschiedlich ist, bzw. dass sich bei gleichmäßiger
Verteilung des Antriebsmoments auf die Vorderachse und die Hinterachse
ein unterschiedlicher Antriebsschlupf einstellt. Dies wird durch
Betrachtung eines einzigen Punkts auf der jeweiligen Schlupfkurve
erreicht, nämlich durch die erläuterte Festlegung
eines Anteils des Antriebsmoments an der Sekundärachse,
für den ein Kupplungsschlupfwert von im Wesentlichen Null
erwartet wird.
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Eine
direkte Messung des von der Kupplung tatsächlich übertragenen
Antriebsmoments ist somit nicht erforderlich. Die Allradkupplung
muss auch nicht eigens in einen Sperrzustand oder einen sonstigen Überprüfungszustand
gebracht werden, um die Stellgenauigkeit analysieren zu können,
sondern die Stellgenauigkeitsbeobachtung kann ständig im
laufenden Betrieb der Allradkupplung erfolgen.
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Zu
dem erfindungsgemäßen Verfahren ist noch anzumerken,
dass die erläuterten Überprüfungen vorzugsweise
lediglich anhand von solchen Kupplungsschlupfwerten und Werten des
Referenz-Sekundärachsenmoments durchgeführt werden,
die bei Geradeausfahrt und bei konstanter Fahrgeschwindigkeit oder
konstanter Beschleunigung des Kraftfahrzeugs bestimmt worden sind.
Hierdurch ist gewährleistet, dass die Überprüfung
der Stellgenauigkeit nicht durch Fahrzustandsänderungen verfälscht
wird.
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Außerdem
ist es bevorzugt, wenn über einen vorbestimmten Zeitraum
eine Mittelung der Drehzahl der Primärachse und der Drehzahl
der Sekundärachse bzw. der entsprechenden Signale der Raddrehzahlsensoren
erfolgt, um hieraus den genannten Kupplungsschlupfwert zu ermitteln.
Entsprechendes gilt für das Antriebsmoment, d. h. auch
hier werden die über einen vorbestimmten Zeitraum erfassten Werte
vorzugsweise gemittelt, um das Referenz-Sekundärachsenmoment
zu ermitteln. Durch diese Maßnahmen wird die Genauigkeit
der Überprüfung und Nachjustierung des Kupplungsaktuators
erhöht.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens werden im Rahmen der genannte Vergleiche zumindest die
folgenden Bedingungen überprüft, die in diesem
Zusammenhang als Momentenerhöhungsbedingungen bezeichnet
werden: Zum einen wird überprüft, ob der Kupplungsschlupfwert
größer ist als ein Schwellwert (z. B. Null oder
Toleranzwert von nahezu Null). Hierdurch wird also überprüft,
ob die Drehzahl der Primärachse größer
ist als die Drehzahl der Sekundärachse. Zum anderen wird überprüft,
ob das Sollkupplungsmoment größer ist als das
Referenz-Sekundärachsenmoment. Hierdurch wird also überprüft,
ob aufgrund einer vorgegebenen ungleichgewichtigen Verteilung des
Antriebsmoments für die Sekundärachse eigentlich
eine gleich hohe Drehzahl erwartet wird wie für die Primärachse.
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Falls
diese beiden Bedingungen erfüllt sind, also falls diese
beiden Überprüfungen ein positives Ergebnis liefern,
wird die Sollkupplungsmoment-/Steuersignal-Beziehung im Sinne einer
Erhöhung des auf die Sekundärachse übertragenen
Anteils des Antriebsmoments bei gegebenem Sollkupplungsmoment angepasst.
Da der Kupplungsschlupfwert positiv ist und die Kupplung sich somit
im Schlupf befindet, wird nämlich davon ausgegangen, dass
auf die Sekundärachse ein Antriebsmoment übertragen
wird, welches dem Kupplungsmoment entspricht. Da an der Primärachse
eine höhere Drehzahl festgestellt wird als an der Sekundärachse,
obwohl das Sollkupplungsmoment – d. h. das an der Sekundärachse
erwartete Antriebsmoment – eigentlich größer
ist als das Referenz-Sekundärachsenmoment, wird davon ausgegangen,
dass der Aktuator die Kupplung zu einer zu geringen Drehmomentübertragung
ansteuert.
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Soweit
vorstehend im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform
der Erfindung auf einen Kupplungsschlupfwert Bezug genommen wurde,
ist hierunter beispielsweise ein tatsächlicher Kupplungsschlupfwert
zu verstehen, also die Drehzahldifferenz zwischen einem Eingangselement
und einem Ausgangselement der Kupplung ohne zusätzliche
Korrekturen oder Kompensationen.
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Alternativ
hierzu kann es sich bei dem vorstehend genannten Kupplungsschlupfwert
jedoch um einen Reifentoleranz-kompensierten Kupplungsschlupfwert
handeln, der prinzipiell dem tatsächlichen Kupplungsschlupfwert
entspricht, wobei jedoch zusätzlich ein Beschaffenheitsunterschied
der Räder der Primärachse einerseits und der Räder
der Sekundärachse andererseits berücksichtigt
wird. Somit ist dieser Kupplungsschlupfwert hinsichtlich eines Kupplungsschlupfes
korrigiert, der allein daraus resultiert, dass die Räder
der Primärachse und die Räder der Sekundärachse
unterschiedlich sind, beispielsweise einen geringfügig
unterschiedlichen Durchmesser und/oder einen geringfügig
unterschiedlichen Reifendruck und/oder einen von dem jeweiligen
Sollwert abweichenden Reifendruck etc. besitzen. Diese Beschaffenheitsunterschiede
bzw. die hieraus resultierenden Drehzahlunterschiede können für
ein spezielles Fahrzeug anhand von Langzeitmessungen ermittelt werden,
wie dies beispielsweise für Fahrdynamikregelungen (z. B.
Elektronisches Stabilitätsprogramm, ESP) bekannt ist. Oftmals
steht ein entsprechender Reifentoleranz-Kompensationswert deshalb über
den Datenbus des Fahrzeugs ohnehin bereits zur Verfügung,
so dass ein Algorithmus zur Berechnung eines solchen Reifentoleranz-Kompensationswerts
in der Steuereinheit der Allradkupplung nicht eigens implementiert
werden muss. Indem der allein aus den Beschaffenheitsunterschieden
der Räder resultierende Kupplungsschlupf bei der Stellgenauigkeitsüberprüfung
aus den ermittelten Drehzahlen bewusst herausgerechnet wird, lässt
sich für das Nachjustieren des Aktuators eine noch höhere Genauigkeit
erzielen.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn es sich bei den vorstehend genannten Kupplungsschlupfwerten sowohl
um den tatsächlichen Schlupf an der Allradkupplung als
auch um einen Reifentoleranz-kompensierten Kupplungsschlupfwert
handelt, wobei dann – in Präzisierung des vorstehend
erläuterten Verfahrens gemäß der ersten
Ausführungsform – die folgenden Schritte durchgeführt
werden können:
- – Bestimmen
eines tatsächlichen Kupplungsschlupfwerts, der einer Differenz
zwischen der Drehzahl der Primärachse und der Drehzahl
der Sekundärachse entspricht;
- – Bestimmen eines Reifentoleranz-kompensierten Kupplungsschlupfwerts,
der dem tatsächlichen Kupplungsschlupfwert unter Berücksichtigung
eines Beschaffenheitsunterschieds der Räder der Primärachse
und der Räder der Sekundärachse entspricht;
- – Bestimmen eines Referenz-Sekundärachsenmoments,
das dem auf die Sekundärachse übertragenen Anteil
des Antriebsmoments entspricht, für den ein Reifentoleranz-kompensierter
Kupplungsschlupfwert von im Wesentlichen Null erwartet wird;
- – Überprüfen zumindest der folgenden
Momentenerhöhungsbedingungen:
– ob der tatsächliche
Kupplungsschlupfwert größer ist als ein Schwellwert,
– ob
der Reifentoleranz-kompensierte Kupplungsschlupfwert größer
ist als ein weiterer Schwellwert, und
– ob das Sollkupplungsmoment
größer ist als das Referenz-Sekundärachsenmoment;
wobei
die Sollkupplungsmoment-/Steuersignal-Beziehung im Sinne einer Erhöhung
des auf die Sekundärachse übertragenen Anteils
des Antriebsmoments bei gegebenem Sollkupplungsmoment geändert
wird, wenn die genannten Momentenerhöhungsbedingungen erfüllt
sind.
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Bei
diesem Verfahren werden also zumindest drei Momentenerhöhungsbedingungen überprüft.
Durch die Überprüfung, ob der tatsächliche Kupplungsschlupfwert
größer ist als ein Schwellwert, wird sichergestellt,
dass die Kupplung sich im Schlupf befindet und nicht etwa gesperrt
ist. Der Anteil des auf die Sekundärachse übertragenen
Antriebsmoments entspricht somit dem Kupplungsmoment. Durch die
zusätzliche Überprüfung, ob der Reifentoleranz-kompensierte
Kupplungsschlupfwert größer ist als ein weiterer
Schwellwert, wird festgestellt, ob auch dann an der Primärachse
eine höhere Drehzahl vorliegt als an der Sekundärachse,
wenn ein Beschaffenheitsunterschied der Räder der Primärachse und
der Räder der Sekundärachse herausgerechnet wird.
Ein derartiger Beschaffenheitsunterschied kann nämlich
bereits für sich einen gewissen Drehzahlunterschied bewirken,
der bei dem vorliegenden Verfahren jedoch unberücksichtigt
bleiben soll.
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Der
genannte Schwellwert für den tatsächlichen Kupplungsschlupfwert
und der genannte weitere Schwellwert für den Reifentoleranz-kompensierten Schlupfwert
können gleich oder verschieden gewählt werden.
Der jeweilige Schwellwert kann insbesondere den Wert Null besitzen
oder ein Toleranzwert sein, der sich von dem Wert Null lediglich
geringfügig unterscheidet.
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Aufgrund
der weiteren Überprüfung, ob das Sollkupplungsmoment
größer ist als das Referenz-Sekundärachsenmoment,
wird wiederum festgestellt, ob aufgrund des vorgegebenen Sollkupplungsmoments
eigentlich eine ungleiche Verteilung des Antriebsmoments zugunsten
der Sekundärachse erfolgen müsste.
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Wenn
sämtliche dieser drei Bedingungen erfüllt sind,
wird davon ausgegangen, dass die Kupplung – bezogen auf
das vorgegebene Sollkupp lungsmoment – einen zu geringen
Anteil des Antriebsmoments auf die Sekundärachse überträgt,
und die Sollkupplungsmoment-/Steuersignal-Beziehung wird entsprechend
korrigiert.
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Die
vorstehend erläuterte erste Ausführungsform der
Erfindung bezieht sich auf den Fall, dass Verschleißerscheinungen
am Kupplungsaktuator die Sollkupplungsmoment-/Steuersignal-Beziehung
in dem Sinne ändern, dass bezogen auf ein vorgegebenes
Sollkupplungsmoment die Kupplung einen zu geringen Anteil des Antriebsmoments
auf die Sekundärachse überträgt, d. h.
der Verstellweg des Aktuators ist zu gering. Das der Erfindung zugrunde liegende
Prinzip kann jedoch auch auf den umgekehrten Fall übertragen
werden, also wenn die erläuterten Verschleißerscheinungen
des Kupplungsaktuators dazu führen, dass bezogen auf ein
vorgegebenes Sollkupplungsmoment der Aktuator die Kupplung im Sinne
einer zu hohen Drehmomentübertragung betätigt
(Verstellweg zu groß).
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Daher
bezieht sich die Erfindung gemäß einer zweiten
Ausführungsform auch auf ein Verfahren, bei dem wiederum
ein Kupplungsschlupfwert und ein Referenz-Sekundärachsenmoment
bestimmt werden. Dieses Referenz-Sekundärachsenmoment entspricht
demjenigen auf die Sekundärachse übertragenen
Anteil des Antriebsmoments, für den sich theoretisch ein
Kupplungsschlupfwert von im Wesentlichen Null ergibt. Das erläuterte
Referenz-Sekundärachsenmoment dient also auch bei der zweiten Ausführungsform
als Bezugspunkt für die Überprüfung der
Stellgenauigkeit.
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Hierbei
werden zumindest die beiden folgenden Bedingungen überprüft,
die nachfolgend auch als Momentenverringerungsbedingungen bezeichnet werden:
Zum einen wird überprüft, ob der Kupplungsschlupfwert
einem vorbestimmten Schwellwert entspricht oder kleiner gleich ist
als dieser Schwellwert, wobei dieser Schwellwert insbesondere durch
den Wert Null oder durch einen Toleranzwert gebildet ist, welcher
sich von dem Wert Null lediglich geringfügig unterscheidet.
Durch diese Überprüfung wird also festgestellt,
ob die Drehzahl der Sekundärachse gleich groß ist
wie die Drehzahl der Primärachse (oder größer
als diese).
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Zum
anderen wird überprüft, ob das Sollkupplungsmoment
geringer ist als das Referenz-Sekundärachsenmoment. Durch
diese Überprüfung wird also festgestellt, ob aufgrund
der Sollwert-Vorgabe für das Kupplungsmoment eine ungleichgewichtige
Verteilung des Antriebsmoments auf die Fahrzeugachsen dahingehend
erwartet wird, dass auf die Sekundärachse lediglich ein
vergleichsweise geringer Anteil des Antriebsmoments übertragen werden
sollte und dass die Drehzahl der Sekundärachse dementsprechend
geringer sein sollte als die Drehzahl der Primärachse.
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Sofern
diese beiden Bedingungen erfüllt sind, wird die Sollkupplungsmoment-/Steuersignal-Beziehung
im Sinne einer Verringerung des auf die Sekundärachse übertragenen
Anteils des Antriebsmoments (bei gegebenem Sollkupplungsmoment)
geändert.
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Somit
basiert auch die genannte zweite Ausführungsform auf einem
Vergleich des Sollkupplungsmoments mit einem Referenz-Sekundärachsenmoment,
welches einem vorbestimmten Gleichgewichtszustand der Verteilung
des Antriebsmoments entspricht. Hierdurch sind die erforderlichen Berechnungen
sehr einfach, und die benötigten Messwerte stehen an dem
Datenbus des Fahrzeugs üblicherweise ohnehin zur Verfügung.
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Das
Verfahren gemäß der erläuterten zweiten
Ausführungsform kann selbstverständlich mit dem
Verfahren gemäß der erläuterten ersten
Ausführungsform kombiniert werden, um eine Korrektur der Sollkupplungsmoment-/Steuersignal-Beziehung
in beiden Richtungen zu ermöglichen.
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Bei
dem im Zusammenhang mit der zweiten Ausführungsform genannten
Kupplungsschlupfwert handelt es sich vorzugsweise um einen Reifentoleranz-kompensierten
Kupplungsschlupfwert, der einer Differenz zwischen der Drehzahl
der Primärachse und der Drehzahl der Sekundärachse
entspricht, wobei durch Ermittlung eines Reifentoleranz-Kompensationswerts
zusätzlich ein Beschaffenheitsunterschied der Räder
der Primärachse und der Räder der Sekundärachse
berücksichtigt wird, wie im Zusammenhang mit der ersten
Ausführungsform bereits erläutert. Das Unterschreiten
des genannten Schwellwerts (Kupplungsschlupfwert ist negativ) ergibt
sich in diesem Fall aufgrund der Berücksichtigung des Reifentoleranz-Kompensationswerts.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Weiterbildung dieser zweiten Ausführungsform
wird nicht nur überprüft, ob der Reifentoleranz-kompensierte Kupplungsschlupfwert
geringer ist als ein vorbestimmter Schwellwert. Sondern als zusätzliche
Momentenverringerungsbedingung wird überprüft,
ob der tatsächliche Kupplungsschlupfwert im Wesentlichen – d.
h. unter Berücksichtigung der bestehenden Messtoleranzen – Null
beträgt. Hieraus wird nämlich geschlossen, dass
die Kupplung bereits gesperrt ist. Nur wenn auch diese Überprüfung
ein positives Resultat liefert, wird die Sollkupplungsmoment-/Steuersignal-Beziehung
im Sinne einer Verringerung der Drehmomentübertragung geändert.
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Im Übrigen
sind die im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform
der Erfindung erläuterten weiteren möglichen Weiterbildungen
ohne weiteres auch auf die genannte zweite Ausführungsform übertragbar.
So kann beispielsweise eine zeitliche Mitteilung der Drehzahlen
und/oder Antriebsmomente erfolgen, um die Genauigkeit der Berechnungen und Überprüfungen
zu erhöhen, beispielsweise um den Einfluss von Bodenwellen
auszugleichen.
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Schließlich
ist zu dem erfindungsgemäßen Verfahren noch folgendes
anzumerken: Sofern überprüft wird, ob der (tatsächliche
oder Reifentoleranz-kompensierte) Kupplungsschwellwert "größer" oder
"geringer" ist als ein zugeordneter Schwellwert, oder sofern überprüft
wird, ob das Sollkupplungsmoment "größer" oder
"geringer" ist als das Referenz-Sekundärachsenmoment, so
kann grundsätzlich äquivalent die Bedingung "größer
oder gleich" (≥) bzw. die Bedingung "geringer oder gleich"
(≤) überprüft werden. Wichtig ist lediglich,
ob diese beiden Überprüfungen einander widersprechende
Ergebnisse liefern, wobei zutreffendenfalls die Sollkupplungsmoment-/Steuersignal-Beziehung
angepasst wird.
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Die
Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen erläutert.
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1 zeigt
einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Allradkupplung.
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2 zeigt
eine Kennlinie eines Kupplungsaktuators.
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3 zeigt
ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Nachjustieren eines Kupplungsaktuators gemäß einer
ersten Ausführungsform.
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4 zeigt
ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Nachjustieren eines Kupplungsaktuators gemäß einer
zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt
in einer schematischen Darstellung einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
Ein Motor 11 treibt über eine Getriebeeinheit 13 und
ein Vorderachs-Differentialgetriebe (nicht gezeigt) zwei Räder 15 einer
Vorderachse 17 an. Die Vorderachse 17 bildet somit
eine Primärachse. Außerdem treibt der Motor 11 über
die Getriebeeinheit 13, eine erste Kardanwelle 19,
eine Allradkupplung 21, eine zweite Kardanwelle 23 und
ein Hinterachs-Differentialgetriebe 25 zwei Räder 27 einer
Hinterachse 29 an. Die Hinterachse 29 bildet hierbei
eine Sekundärachse des Fahrzeugs. Eine elektronische Steuereinheit 31 des
Fahrzeugs ist eingangsseitig mit vier Raddrehzahlsensoren 33 verbunden,
die den Vorderrädern 15 und den Hinterrädern 27 zugeordnet
sind. Die Steuereinheit 31 kann optional mit weiteren Sensoren,
beispielsweise einem Lenkwinkelsensor, einem Gierratensensor etc.
verbunden sein (nicht dargestellt). Ausgangsseitig ist die Steuereinheit 31 mit
einem Aktuator 35 zur Betätigung der Allradkupplung 21 verbunden.
Der Aktuator 35 weist beispielsweise einen Elektromotor
mit einem Untersetzungsgetriebe und einen Rampenringmechanismus
auf.
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Die
Allradkupplung 21 dient dazu, wahlweise einen Teil des
Antriebsmoments des Motors 11 auf die Hinterachse 29 zu übertragen,
wobei die erste Kardanwelle 19 einer Eingangswelle der
Allradkupplung 21 entspricht und die zweite Kardanwelle 23 einer
Ausgangswelle der Allradkupplung 21 entspricht. Die Drehmomentübertragung
erfolgt entsprechend einem vorgegebenen Sollkupplungsmoment. Dieses Sollkupplungsmoment
wird von der Steuereinheit 31 aufgrund der Signale der
Raddrehzahlsensoren 33 und gegebenenfalls weiterer Sensoren
bestimmt, wobei diese Signale Rückschlüsse auf
bestimmte Fahrzustandsparameter ermöglichen (z. B. Reifenschlupf,
Gierrate etc.). Die Allradkupplung 21 weist für
die erwünsche Drehmomentübertragung eine Reibungskupplung
auf, beispielsweise eine Lamellenkupplung. Sofern über
die Allradkupp lung 21 ein Antriebsmoment auf die Hinterachse 29 übertragen wird,
ist das Fahrzeug allradgetrieben. Die Allradkupplung 21 kann
auch an anderer Stelle des Antriebsstrangs vorgesehen sein, beispielsweise
an der Getriebeeinheit 13 oder an dem Hinterachs-Differentialgetriebe 25.
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Das
von der Steuereinheit 31 berechnete Sollkupplungsmoment
wird gemäß einer abgespeicherten Sollkupplungsmoment-/Steuersignal-Beziehung
in ein Steuersignal für den Aktuator 35 umgewandelt.
Dies kann in der Steuereinheit 31 oder in einer eigenen,
dem Aktuator zugeordneten Steuereinheit (nicht gezeigt) geschehen.
Dieses Steuersignal entspricht einem bestimmten Verstellweg des
Aktuators 35 und somit der Allradkupplung 21.
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Allerdings
kann sich die genannte Sollkupplungsmoment-/Steuersignal-Beziehung
aufgrund von Verschleißerscheinungen am Aktuator 35 oder
an der Kupplung 21 mit der Zeit ändern, so dass
das mittels des Aktuators 35 tatsächlich eingestellte
Kupplungsmoment (Istwert) nicht mehr dem von der Steuereinheit 31 vorgegebenen
Sollwert entspricht. Hierdurch verschlechtert sich also die Stellgenauigkeit des
Aktuators 35 und der Allradkupplung 21.
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2 illustriert
dieses Phänomen anhand einer idealisiert dargestellten
Aktuatorkennlinie K. Gezeigt ist der Verstellweg x des Aktuators 35 in
Abhängigkeit von dem Steuersignal s, welches aufgrund der aktuellen
Kupplungsmoment-Anforderung entsprechend der gültigen Sollkupplungsmoment-/Steuersignal-Beziehung
erzeugt wird. Der Verstellweg x entspricht dem Istwert des Kupplungsmoments.
Die Kennlinie K besitzt in dem hier relevanten Bereich einen linearen
Verlauf. Der Verstellweg bei einer Kupplungsmoment-Anforderung Null
bzw. bei s = 0 beträgt x0. Für
ein bestimmtes Steuersignal s1 ergibt sich
ein Verstellweg x1. Verschleiß erscheinungen
am Aktuator 35 und an der Kupplung 21 können
zu einer Kennlinie K' führen, die im Wesentlichen dieselbe
Steigung wie die ursprüngliche Kennlinie K besitzt, bezüglich dieser
jedoch versetzt ist. Diese Kennlinie K' besitzt an der Ordinate
also den Wert x0'. Für das Steuersignal
s1 ergibt sich ein anderer (hier: geringerer)
Verstellweg x1' als für die ursprüngliche
Kennlinie K, so dass an der Allradkupplung 21 ein anderes
Kupplungsmoment eingestellt wird als gemäß der
Kennlinie K. Auf die Sekundärachse des Fahrzeugs (Hinterachse 29 gemäß 1)
wird also ein anderer (hier: geringerer) Anteil des Antriebsmoments übertragen als
gemäß dem Sollkupplungsmoment vorgegeben.
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Erfindungsgemäß werden
der Aktuator 35 und die Kupplung 21 gemäß 1 deshalb
regelmäßig nachjustiert. Nachfolgend werden zwei
Ausführungsformen eines entsprechenden Verfahrens erläutert.
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Bei
der ersten Ausführungsform gemäß 3 wird
in einem Schritt S1 anhand der Signale der Raddrehzahlsensoren 33 (1)
ein tatsächlicher Kupplungsschlupfwert Δnreal bestimmt. Dieser entspricht einer Differenz
zwischen der Drehzahl der Vorderräder 15 und der
Hinterräder 27. Der tatsächliche Kupplungsschlupfwert Δnreal ist also positiv, wenn die Drehzahl
der Vorderräder 15 größer ist
als die Drehzahl der Hinterräder 27, und er ist
negativ im umgekehrten Fall.
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In
einem Schritt S2 wird außerdem ein Reifentoleranz-kompensierter
Kupplungsschlupfwert Δncomp bestimmt.
Dieser entspricht ebenfalls einer Differenz zwischen der Drehzahl
der Vorderräder 15 und der Drehzahl der Hinterräder 27,
wobei zusätzlich jedoch ein Beschaffenheitsunterschied
der Räder 15, 27 berücksichtigt
wird, beispielsweise ein geringfügig unterschiedlicher
Durchmesser der Vorderräder 15 einerseits und
der Hinter räder 27 andererseits. Ein entsprechender
Kompensationswert wird von der Steuereinheit 31 durch Langzeitmessungen
ermittelt.
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Außerdem
wird in einem Schritt S3 anhand von Motordaten und Daten einer Getriebesteuerung des
Fahrzeugs das momentane Antriebsmoment des Motors 11 ermittelt,
und aus diesem Antriebsmoment sowie aus einem Anteilsfaktor, der
für das betreffende Fahrzeug entsprechend der Achslastverteilung festgelegt
worden ist, wird ein so genanntes Referenz-Sekundärachsenmoment
MrefSA bestimmt. Dieses entspricht demjenigen
auf die Hinterachse 29 übertragenen Anteil des
Antriebsmoments, für den an der Kupplung 21 ein
Reifentoleranz-kompensierter Kupplungsschlupfwert Δncomp von im Wesentlichen Null erwartet wird.
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In
einem Schritt S4 wird überprüft, ob der tatsächliche
Kupplungsschlupfwert Δnreal größer
ist als ein Schwellwert Thresh1, der beispielsweise den Wert Null
besitzt. Falls diese Bedingung nicht erfüllt ist, wird
neuerlich mit dem Schritt S1 begonnen.
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Andernfalls
wird in einem Schritt S5 überprüft, ob der Reifentoleranz-kompensierte
Kupplungsschlupfwert Δncomp größer
ist als ein Schwellwert Thresh2, der beispielsweise ebenfalls Null
beträgt. Falls diese Bedingung nicht erfüllt ist,
wird neuerlich mit dem Schritt S1 begonnen.
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Andernfalls
wird in einem Schritt S6 auch noch überprüft,
ob das von der Steuereinheit 31 vorgegebene Sollkupplungsmoment
MD größer ist als das in dem Schritt S3 bestimmte
Referenz-Sekundärachsenmoment MrefSA.
Falls diese Bedingung nicht erfüllt ist, wird neuerlich
mit dem Schritt S1 begonnen.
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Andernfalls
wird in einem Schritt S7 die erläuterte Sollkupplungsmoment-/Steuersignal-Beziehung
geändert, und zwar dergestalt, dass für ein gegebenes
Sollkupplungsmoment nun ein höherer Anteil des Antriebsmoments
auf die Hinterachse 29 übertragen wird als bei
der zuletzt gültigen Sollkupplungsmoment-/Steuersignal-Beziehung.
Diese neue Beziehung wird abgespeichert und den nachfolgenden Stellvorgängen
zugrunde gelegt.
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Hierdurch
ist gewährleistet, dass durch einfache Messungen und Berechnungen
eine sich allmählich einstellende Ungenauigkeit der Stellvorgänge
erkannt und durch Nachjustierung kompensiert wird. Da als Bezugspunkt
für diese Überprüfung ein Zustand einer
im Wesentlichen gleichmäßigen Verteilung des Antriebsmoments
auf die Vorderachse 17 und die Hinterachse 29 gewählt
wird, orientiert sich die erfindungsgemäße Nachjustierung
des Aktuators 35 und der Kupplung 21 an einem
Bereich der Sollkupplungsmoment-/Steuersignal-Beziehung, der für die
Stellvorgänge im Betrieb der Allradkupplung 21 in der
Praxis besonders relevant ist, so dass hinsichtlich der Stellgenauigkeitsbeobachtung
eine besonders hohe Genauigkeit erzielt wird.
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Zu
dem Verfahren gemäß 3 ist noch
anzumerken, dass die Schritte S1 bis S6 auch in anderer Reihenfolge
durchgeführt werden können. Auf die Schritte S1
und S4 kann optional auch verzichtet werden. Alternativ kann auf
die Schritte S2 und S5 verzichtet werden, wobei der Festlegung des
Referenz-Sekundärachsenmoments MrefSA in
diesem Fall nicht der Reifentoleranz-kompensierte Kupplungsschlupfwert Δncomp, sondern der tatsächliche Schlupfwert Δnreal zugrunde gelegt wird.
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4 zeigt
eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens, die dazu geeignet ist, auf einfache Weise eine Stellungenauigkeit
zu erkennen, falls infolge eines vorgegebenen Sollkupplungsmoments
ein zu hoher Anteil des Antriebsmoments auf die Hinterachse 29 übertragen
wird.
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In
den Schritten S11 bis S13 werden – wie in den Schritten
S1 bis S3 gemäß 3 – ein
tatsächlicher Kupplungsschlupfwert Δnreal,
ein Reifentoleranz-kompensierter Kupplungsschlupfwert Δncomp bzw. ein Referenz-Sekundärachsenmoment
MrefSA bestimmt.
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In
einem Schritt S14 wird überprüft, ob der tatsächliche
Kupplungsschlupfwert Δnreal unter
Berücksichtigung der Messtoleranzen Null beträgt,
d. h. ob die Kupplung 21 gesperrt ist. Falls diese Bedingung
nicht erfüllt ist, wird neuerlich mit dem Schritt S11 begonnen.
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Andernfalls
wird in einem Schritt S15 überprüft, ob der Reifentoleranz-kompensierte
Kupplungsschlupfwert Δncomp geringer
ist als ein Schwellwert Thresh (oder alternativ "kleiner gleich"
ist als dieser Schwellwert, beispielsweise kleiner gleich Null).
Falls diese Bedingung nicht erfüllt ist, wird neuerlich
mit dem Schritt S11 begonnen.
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Andernfalls
wird in einem Schritt S16 auch noch überprüft,
ob das von der Steuereinheit 31 vorgegebene Sollkupplungsmoment
MD geringer ist als das Referenz-Sekundärachsenmoment MrefSA. Falls diese Bedingung nicht erfüllt
ist, wird ebenfalls neuerlich mit dem Schritt S11 begonnen.
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Andernfalls
wird in einem Schritt S17 die Sollkupplungsmoment-/Steuersignal-Beziehung
dergestalt geändert, dass bei einem vorgegebenen Sollkupplungsmoment
nun ein geringerer Anteil des Antriebsmoments auf die Hinterachse 29 übertragen wird
als bei der zuletzt gültigen Sollkupplungsmoment-/Steuersignal-Beziehung.
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Das
Verfahren gemäß 3 und das
Verfahren gemäß 4 können
auch miteinander kombiniert werden, um Stellungenauigkeiten in beiden Richtungen
kompensieren zu können.
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- 11
- Motor
- 13
- Getriebe
- 15
- Vorderrad
- 17
- Vorderachse
- 19
- Kardanwelle
- 21
- Allradkupplung
- 23
- Kardanwelle
- 25
- Hinterachs-Differentialgetriebe
- 27
- Hinterrad
- 29
- Hinterachse
- 31
- Steuereinheit
- 33
- Raddrehzahlsensor
- 35
- Kupplungsaktuator
- K,
K'
- Kennlinie
- s
- Steuersignal
- x
- Verstellweg
- Δnreal
- tatsächlicher
Kupplungsschlupfwert
- Δncomp
- Reifentoleranz-kompensierter
Kupplungsschlupfwert
- MrefSA
- Referenz-Sekundärachsenmoment
- MD
- Sollkupplungsmoment
- Thresh
- Schwellwert
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10346671
A1 [0005]
- - DE 10346673 A1 [0006]