DE102008026662A1

DE102008026662A1 - Verfahren zur Steuerung einer Kupplungsanordnung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs und Antriebsordnung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102008026662A1
Application number: DE200810026662
Authority: DE
Inventors: Heinrich Huchtkötter; Andreas Dipl.-Ing. Langhanki; Jean-Jacques Carré; Kurt Füchtler
Original assignee: GKN Driveline International GmbH
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2008-06-04
Filing date: 2008-06-04
Publication date: 2009-12-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Kupplungsanordnung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei der Antriebsstrang eine erste Antriebsachse 6 und eine zweite Antriebsachse 7 aufweist, wobei die Kupplungsanordnung 24 ein mit der ersten Antriebsachse 6 antriebsverbundenes erstes Kupplungsteil 27 aufweist, das mit einer ersten Drehzahl n1 um eine Drehachse A rotiert, und ein mit der zweiten Antriebsachse 7 antriebsverbundenes zweites Kupplungsteil 46, das mit einer zweiten Drehzahl n2 um die Drehachse A rotiert; wobei die Kupplungsanordnung 24 ferner eine Viscokupplung 25 und eine extern steuerbare Betätigungseinheit 26 zum Betätigen der Viscokupplung 25 aufweist, mittels derer das erste Kupplungsteil 27 mit dem zweiten Kupplungsteil 46 antriebsverbindbar ist, wobei die Betätigungseinheit 26 in Abhängigkeit einer Drehzahldifferenz Deltan zwischen der ersten Drehzahl n1 des ersten Kupplungsteils 27 und der zweiten Drehzahl n2 des zweiten Kupplungsteils 46 gesteuert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Viscokupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Derartige Viscokupplungen, die im Stand der Technik auch als Flüssigkeitsreibungskupplungen bezeichnet werden, dienen zum Erzeugen einer Sperrwirkung zwischen zwei relativ zueinander um eine gemeinsame Drehachse drehbaren Kupplungsteilen bei auftretender Drehzahldifferenz. Im Falle des Schlupfes eines Rades bzw. einer Achse des Fahrzeugs sperrt die Viscokupplung, so daß die beiden Seitenwellen einer Achse bzw. die beiden Achsen des Kraftfahrzeugs zur Übertragung eines Drehmoments aneinander gekoppelt werden.
Bei der Regelung der Fahrdynamik besteht die Notwendigkeit, die Viscokupplung gegebenenfalls während eines Regeleingriffs schnellstmöglich freizuschalten. Auf diese Weise werden die beiden durch die Viscokupplung miteinander antriebsverbundenen Antriebsteile vollständig voneinander entkoppelt, so daß kein Drehmoment mehr zwischen diesen Antriebsteilen übertragen wird. Dies ist insbesondere bei Aktivieren eines Anti-Blockier-Systems (ABS) oder eines elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) von großer Wichtigkeit, damit der Eingriff in die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs optimiert erfolgen kann und die Viscokupplung dem Eingriff nicht entgegenwirkt.
Um dies zu gewährleisten sind üblicherweise Steuermittel zur Betätigung der Viscokupplung vorgesehen. Beispielsweise zeigt die DE 37 43 474 A1 eine steuerbare Viscokupplung, die über eine hydraulische Schalteinrichtung betätigbar ist. Aus der DE 102 26 248 B3 ist eine steuerbare Viscokupplung bekannt, die eine axial ver schiebbare Führungsstange umfaßt, welche auf die Außenlamellen der Viscokupplung einwirken und diese klemmen bzw. freigeben kann.
Aus der DE 10 2004 004 870 A1 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Steuerung einer Kraftfahrzeug-Drehmomentübertragungskupplung bekannt. Dabei erfolgt die Steuerung der Kupplung in Abhängigkeit von einer Abweichung einer Giergröße des Kraftfahrzeugs.
In der Praxis hat sich gezeigt, daß beim plötzlichen Betätigen der Viscokupplung, unter Last, insbesondere beim Freischalten der Viscokupplung aufgrund eines ABS- oder ESP-Regeleingriffs, ungewünschte Schaltgeräusche entstehen können.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung einer Kupplungsanordnung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, bei dem die Entstehung ungewünschter Schaltgeräusche vermieden wird, wobei eine zuverlässige Regelung der Fahrdynamik gewährleistet sein soll. Die Aufgabe liegt weiter darin, eine Antriebsstranganordnung mit einer Kupplungsanordnung für ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, bei der ungewünschte Schaltgeräusche der Kupplungsanordnung vermieden werden.
Die Lösung besteht in einem Verfahren zur Steuerung einer Kupplungsanordnung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei der Antriebsstrang eine erste Antriebsachse und eine zweite Antriebsachse aufweist, wobei die Kupplungsanordnung ein mit der ersten Antriebsachse antriebsverbundenes erstes Kupplungsteil aufweist, das mit einer ersten Drehzahl n₁ um eine Drehachse A rotiert, und ein mit der zweiten Antriebsachse antriebsverbundenes zweites Kupplungsteil, das mit einer zweiten Drehzahl n₂ um die Drehachse A rotiert, wobei die Kupplungsanordnung ferner eine Viscokupplung und eine extern steuerbare Betätigungseinheit zum Betätigen der Viscokupplung aufweist, mittels derer das erste Kupplungsteil mit dem zweiten Kupplungsteil antriebsverbindbar sind, wobei die Betätigungseinheit in Abhängigkeit einer Drehzahldifferenz Δn zwischen der ersten Drehzahl n₁ des ersten Kupplungsteils und der zweiten Drehzahl n₂ des zweiten Kupplungsteils gesteuert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß die Viscokupplung nur bei einer definierten Drehzahldifferenz zwischen dem ersten Kupplungsteil und dem zweiten Kupplungsteil mittels der Betätigungseinheit freigeschaltet wird. Auf diese Weise wird das Entstehen ungewünschter Schaltgeräusche reduziert, wenn nicht ausgeschlossen. Besonders günstig für ein geräuschloses Freischalten der Viscokupplung ist es, wenn der definierte Wertebereich ±n_x der Drehzahldifferenz zwischen der Drehzahl n₁ des ersten Kupplungsteils und der Drehzahl n₂ des zweiten Kupplungsteils ±30 min^–1 beträgt, das heißt Δn = |n₁ – n₂| ≤ 30 min^–1. Die Betätigungseinheit umfaßt vorzugsweise eine Schaltkupplung mit einem ersten und einem zweiten Schaltkupplungsteil, die relativ zueinander drehbar und zur Übertragung eines Drehmoments formschlüssig miteinander verbindbar sind. Eine Schaltkupplung ist besonders günstig, da hiermit eine zuverlässige und verschleißarme Verbindung zwischen den beiden Kupplungsteilen bereitgestellt wird.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind als weitere Verfahrensschritte vorgesehen: Überwachen zumindest einer für die Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs repräsentativen Betriebsgröße und Erzeugen eines Steuersignals S6 bei Abweichung eines Istwerts der zumindest einen Betriebsgröße von einem Sollwert; Ermitteln der Drehzahldifferenz Δn zwischen der ersten Drehzahl n₁ des ersten Kupplungsteils und der zweiten Drehzahl n₂ des zweiten Kupplungsteils; und Betätigen der Viscokupplung, wenn das Steuersignal S6 anliegt und, wenn die Drehzahldifferenz Δn innerhalb eines vorbestimmten Wertebereichs ±n_x liegt. Als Steuersignal S6 kann prinzipiell jedes beliebige Signal verwendet werden, das zur Sicherung der Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs dient, beispielsweise ein Signal eines Antiblockierregelsystems (ABS), eines Antriebsschlupfregelsystems (ASR) oder eines Fahrdynamikregelsystems, das auch als elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) bezeichnet wird. Insofern liegt ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, daß ohnehin in einem elektronischen Regelsystem des Kraftfahrzeugs vorhandene Signale für die Durchführung des Verfahrens verwendet werden können, so daß sich eine einfache elektronische Integration ergibt. Es ist jedoch auch möglich, daß die Steuereinheit, welche das für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigten Eingangssignale liefert, separat von dem elektronischen Regelsystems zur Sicherung der Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Antriebsachse die Vorderachse des Kraftfahrzeugs und die zweite Antriebsachse stellt die Hinterachse dar, wobei die Vorderachse permanent angetrieben ist und die Hinterachse bei geschlossener Betätigungseinheit über die differenzdrehzahlfühlende Viscokupplung bei Auftreten einer Drehzahldifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungsteil zugeschaltet wird.
Grundsätzlich können hinsichtlich der Drehzahldifferenz zwischen dem ersten Kupplungsteil, das mit einem vorderen Wellenteil der Längsantriebswelle verbunden ist, und dem zweiten Kupplungsteil, das mit dem hinteren Wellenteil der Längsantriebswelle verbunden ist, auftreten. Und zwar kann ein Fahrzustand auftreten, bei dem die Vorderachse und damit das erste Kupplungsteil schneller dreht als die mit dem zweiten Kupplungsteil verbundene Hinterachse. Bei einem derartigen Zustand mit schneller drehender Vorderachse und langsam drehender Hinterachse wird auch von einer positiven Drehzahldifferenz gesprochen. Weiter kann ein Fahrzustand eintreten, bei dem die Vorderachse und damit das erste Kupplungsteil langsamer dreht als die mit dem zweiten Kupplungsteil verbundene Hinterachse. Bei einem derartigen Zustand mit langsam drehender Vorderachse und schneller drehender Hinterachse wird auch von einer negativen Drehzahldifferenz gesprochen. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Viscokupplung nur dann geöffnet wird, wenn die Drehzahl n_H der Hinterachse größer ist als die Drehzahl n_V der Vorderachse, das heißt bei negativer Drehzahldifferenz.
Im folgenden werden beispielhaft verschiedene Fahrzustände, bzw. Szenarien mit Drehzahldifferenz zwischen Vorder- und Hinterachse, sowie deren Zusammenhang mit dem entsprechenden Verfahren zur Steuerung der Kupplungsanordnung erläutert. Zum Beispiel kann es bei starker Beschleunigung des Kraftfahrzeugs aufgrund durchdrehender Räder zu einer höheren Drehzahl n₁ des mit der Vorderachse verbundenen ersten Kupplungsteils gegenüber der Drehzahl n₂ des mit der Hinterachse verbundenen zweiten Kupplungsteils kommen. Folglich greift die Viscokupplung bei grundsätzlich geschlossener Betätigungseinheit, so daß ein Teil des Drehmoments auf die Hinterachse übertragen wird, wobei die Viscokupplung in diesem Fall geschlossen bleibt. Selbst bei Auftreten eines ESP-Regeleingriffs ist vorgesehen, daß die Viscokupplung geschlossen bleibt, solange die Drehzahl n_V der Vorderachse größer ist als die Drehzahl n_H der Hinterachse. Bei ungebremster Geradeausfahrt, ohne ESP-Regeleingriff, ist die Viscokupplung geschlossen, so daß Drehmoment auf die Vorderachse und die Hinterachse übertragen wird. Im dem Fall, daß die Drehzahl n_H der Hinterachse größer wird als die Drehzahl n_V der Vorderachse, beispielsweise aufgrund starken Abbremsens des Kraftfahrzeugs, wird die Viscokupplung freigeschaltet. Auf diese Weise wird vermieden, daß Bremsmoment von der stärker gebremsten Vorderachse auf die Hinterachse übertragen wird.
Es ist insbesondere vorgesehen, daß die Viscokupplung nach dem Freischalten zumindest solange freigeschaltet gehalten wird, wie von der Fahrdynamikregeleinheit ein entsprechendes Steuersignal erzeugt wird.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Kraftfahrzeug ein Bremssystem mit einem Antiblockierregelsystem auf, das bei Erkennen einer vorbestimmten Bedingung ein Antiblockiersignal erzeugt, wobei als weiterer Verfahrensschritt vorgesehen ist: Öffnen der Viscokupplung immer dann, wenn das Antiblockierregelsystem ein Antiblockiersignal erzeugt, und zwar unabhängig von der Drehzahldifferenz zwischen der ersten Antriebsachse und der zweiten Antriebsachse bzw. zwischen dem ersten Kupplungsteil und dem zweiten Kupplungsteil. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, daß ein ABS-Eingriff in jedem Fall Vorrang vor dem geräuschreduziertem Freischalten der Viscokupplung hat, so daß der Bremsprozeß durch das Verfahren nicht beeinträchtigt wird.
Wenn die Drehzahldifferenz Δn bei anliegendem ESP-Regelsignal außerhalb des definierten Wertebereichs von ±n_x Umdrehungen pro Minute liegt, das heißt Δn > n_x min^–1 oder Δn < –n_x min^–1 ist vorzugsweise als weiterer Verfahrensschritt vorgesehen:
Regelung der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs mittels der Fahrdynamikregeleinheit derart, daß die Drehzahldifferenz Δn abnimmt, und zwar zumindest bis die Drehzahldifferenz Δn innerhalb des vorbestimmten Wertebereichs von ±n_x min^–1 liegt. Durch diesen Verfahrensschritt wird erreicht, daß das Fahrzeug zunächst so beeinflußt bzw. abgebremst wird, bis die Drehzahldifferenz Δn innerhalb des vorbestimmten Bereichs von ±n_x min^–1 liegt. Erst dann erfolgt das Freischalten der Viscokupplung, so daß ungewünschte Schaltgeräusche vermieden werden. Die Reduktion der Drehzahldifferenz zwischen der Vorderachse und der Hinterachse, bzw. zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungsteil, kann beispielsweise durch Eingriff in das Motormanagement-System durch Drosselung des Motors oder durch Eingriff in das Bremssystem durch Abbremsen einzelner Räder des Kraftfahrzeugs geregelt werden. Der genannte Verfahrensschritt des Regelns der Fahrdynamik derart, daß die Drehzahldifferenz abnimmt, kann sich sowohl auf Fahrzustände während eines ESP-Eingriffs als auch auf Fahrzustände nach einem ESP-Eingriff, das heißt nach dem Freischalten der Viscokupplung und wieder deaktiviertem ESP-Signal, beziehen.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung sind als weitere Verfahrensschritte vorgesehen:
Überwachen einer für die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs repräsentativen Geschwindigkeitsgröße und Erzeugen eines Geschwindigkeitsbetätigungssignals zum Betätigen der Viscokupplung bei Erreichen einer vorbestimmten Geschwindigkeitsgröße; und Öffnen der Viscokupplung bei Erreichen der vorbestimmten Geschwindigkeitsgröße. Durch das Freischalten der Viscokupplung wird die zweite Antriebsachse wieder abgekoppelt, so daß nur die erste Antriebsachse angetrieben wird. Somit werden Reibungsverluste im Antriebsstrang reduziert, was sich günstig auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt. Dieser Verfahrensschritt kann insbesondere bei unbeschleunigter Geradeausfahrt vorgesehen werden, wobei die vorbestimmte Geschwindigkeitsgröße, bei der die Viscokupplung freigeschaltet wird, beispielsweise einer Fahrzeuggeschwindigkeit von etwa 80 km/h entsprechen kann.
Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind als weitere Verfahrensschritte vorgesehen:
Überwachen einer für den Lenkungswinkel der Räder des Kraftfahrzeugs repräsentativen Lenkungsgröße und Erzeugen eines Lenkungssignals zum Betätigen der Viscokupplung bei Erreichen einer vorbestimmten Lenkungsgröße; und Öffnen der Viscokupplung, wenn das Lenkungsbetätigungssignal erzeugt wird und, wenn die Drehzahldifferenz zwischen der ersten Antriebsachse und der zweiten Antriebsachse innerhalb des definierten Wertebereichs liegt, und zwar unabhängig von dem Steuersignal der Fahrdynamikregeleinheit. Mit diesen Verfahrensschritten wird gewährleistet, daß das Kraftfahrzeug bei langsamer Kurvenfahrt mit kleinem Kurvenradius nicht in ungewünschter Weise abgebremst wird. Dies wäre nämlich bei geschlossener Viscokupplung der Fall, da die Hinterachse bei Kurvenfahrt aufgrund des kleineren Kurvenradius langsamer dreht als die Vorderachse. Vorzugsweise beträgt die vorbestimmte Lenkungsgröße, bei der die Viscokupplung freigeschaltet wird, etwa dem halben maximal möglichen Lenkungswinkel des Kraftfahrzeugs.
Die obengenannte Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Antriebsstranganordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend
eine erste Antriebsachse, eine zweite Antriebsachse und eine Kupplungsanordnung mit einem mit der ersten Antriebsachse antriebsverbundenem ersten Kupplungsteil, das mit einer ersten Drehzahl n₁ um eine Drehachse A rotiert, und mit einem mit der zweiten Antriebsachse antriebsverbundenem zweiten Kupplungsteil, das mit einer zweiten Drehzahl n₂ um die Drehachse A rotiert, wobei die Kupplungsanordnung ferner eine Viscokupplung und eine extern steuerbare Betätigungseinheit zum Betätigen der Viscokupplung aufweist, mittels derer das erste Kupplungsteil mit dem zweiten Kupplungsteil antriebsverbindbar ist, wobei ein Steuermodul vorgesehen ist, das dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, nämlich die Betätigungseinheit in Abhängigkeit einer Drehzahldifferenz Δn zwischen der ersten Drehzahl n₁ des ersten Kupplungsteils und der zweiten Drehzahl n₂ des zweiten Kupplungsteils zu steuern. Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung bietet denselben Vorteil, wie das erfindungsgemäße Verfahren, nämlich daß das Entstehen ungewünschter Schaltgeräusche reduziert wird. Dies gilt vor allem bei einer Betätigungseinheit, welche ein Drehmoment mittels formschlüssigem Eingriff überträgt. Als Aktivierungssignal für das Freischalten der Viscokupplung kann in vorteilhafter Weise ein in der elektronischen Regeleinheit erzeugtes ESP-Signal verwendet werden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungsfiguren erläutert. Es zeigt:
1 schematisch einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit für die Steuerung der Kupplungsanordnung des Antriebsstrangs benötigten elektrischen und elektronischen Komponenten,
2 die Kupplungsanordnung aus dem Antriebsstrang aus 1 mit einer Viscokupplung und einer Betätigungseinheit im Detail im Längsschnitt; und
3 ein Diagramm, das Module bzw. Verfahrensschritte eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung einer Kupplungsanordnung darstellt.
1 zeigt einen mechanischen Antriebstrang 2 eines Kraftfahrzeugs. Der Antriebsstrang 2 umfaßt einen Antriebsmotor 3, von dem ein für den Antrieb benötigtes Motormoment erzeugt wird, der beispielsweise eine Brennkraftmaschine oder ein elektromotorisches Antriebsaggregat sein kann. Dem Antriebsmotor 3 nachgeschaltet ist ein Schaltgetriebe 4 zur Wandlung des Motormoments in ein Antriebsmoment, ferner ein Verteilergetriebe 5 welches das Antriebsmoment in einem vorbestimmten symmetrischen oder unsymmetrischen Verhältnis auf eine Vorderachse 6 und eine Hinterachse 7 des Kraftfahrzeugs aufteilt. Das Verteilergetriebe 5 umfaßt ein Winkelgetriebe 8, welches das für die Hinterachse 7 bestimmte Antriebsmoment auf die Längsantriebswelle 9 überträgt. Der zur Vorderachse 6 geleitete Teil des Antriebsmoments wird mittels eines Differentialgetriebes 10 gleichmäßig auf die rechte und die linke Seitenwelle 12, 13 des Kraftfahrzeugs verteilt. Die beiden Seitenwellen 12, 13 umfassen an ihren getriebeseitigen Enden und an ihren radseitigen Enden jeweils ein Gleichlaufdrehgelenk 14, 15 welche eine Drehmomentübertragung auf die Räder 16, 17 des Kraftfahrzeugs unter Winkelbewegung ermöglichen. Der von dem Verteilergetriebe 5 auf die Hinterachse 7 übertragbare Drehmomentanteil wird mittels eines zweiten Differentialgetriebes 18 gleichmäßig auf ein linkes und ein rechtes Hinterrad 19, 20 des Kraftfahrzeugs aufgeteilt, wobei zur Drehmomentübertragung zwischen dem hinteren Differentialgetriebe 18 und den jeweiligen Hinterrädern 19, 20 jeweils eine Seitenwelle 22, 23 vorgesehen ist.
Es ist eine Kupplungsanordnung 24 vorgesehen, die dem hinteren Differentialgetriebe 18 vorgeschaltet ist und die eine Viscokupplung 25 und eine extern steuerbare Betätigungseinheit 26 zum Aktivieren beziehungsweise Deaktivieren der Viscokupplung 25 aufweist. Es versteht sich, daß die Kupplungsanordnung 24 auch ein einer anderen Stelle innerhalb des Antriebsstrangs angeordnet sein kann, beispielsweise vorne im Anschluß an das Winkelgetriebe, oder mittig innerhalb der Längsantriebswelle, beispielsweise im Bereich des Zwischenlagers. Bei der Viscokupplung 25 handelt es sich um eine differenzdrehzahlfühlende Flüssigkeitsreibungskupplung, die bei anliegender Drehzahldifferenz zwischen ihrem Kupplungseingangsteil und ihrem Kupplungsausgangsteil ein Drehmoment überträgt und damit einen Drehzahlausgleich bewirkt. Je größer die Drehzahldifferenz zwischen dem Kupplungseingangsteil und dem Kupplungsausgangsteil ist, um so größer wird das Drehmoment, das die Viscokupplung 25 übertragen kann. Der Aufbau und die Funktionsweise der Kupplungsanordnung 24 wird weiter unten ausführlicher im Zusammenhang mit der Beschreibung zu 2 erläutert.
Die Betätigungseinheit 26 wird von einer elektronischen Steuereinheit 52 gesteuert, die entsprechende elektrische Steuerströme über entsprechende Leitungen an die Betätigungseinheit abgibt. Zur elektrischen Signalübertragung von und zur Steuereinheit 52 ist eine serielle Bus-Anordnung 53 vorgesehen, die beispielsweise als CAN (Controller Area Network) Bus ausgebildet sein kann. Schnittstellen, Protokolle und elektrische Schaltungstechnik für die Signalübertragung auf einem CAN-Bus sind bekannt und müssen nicht näher erläutert werden. Es versteht sich, daß alternativ zu einer Bus-Anordnung auch eine individuelle Verdrahtung der verschiedenen elektrischen Komponenten des Fahrzeugs mit der Steuereinheit 52 vorgesehen sein kann. Die Steuereinheit 52 umfaßt einen programmgesteuerten Mikroprozessor und einen elektronischen Speicher in dem ein Steuerprogramm abgelegt ist. Dabei werden vom Mikroprozessor nach Maßgabe des Steuerprogramms entsprechende Steuersignale für die Betätigungseinheit 26 erzeugt. Zur Erzeugung entsprechender Steuersignale ist die Steuereinheit 52 auf Informationen über verschiedene Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs angewiesen. Hierfür kann die Steuereinheit 52 über die Bus-Anordnung 53 auf verschiedene Signale zugreifen, welche für diese Betriebsparameter repräsentativ sind. Es sind insbesondere Drehzahlsensoren 54 vorgesehen, die Informationen über die Drehzahl jedes der Räder 16, 17, 19, 20 bereitstellen. Aus den gemessenen Drehzahlen kann die Steuereinheit 52 eine Achsdrehzahl n_V der Vorderachse 6 beziehungsweise eine Drehzahl der Längsantriebswelle 9 sowie eine Achsdrehzahl n_H der Hinterachse 7, bzw. eine Drehzahl des Eingangszapfens 28 des hinteren Differentialgetriebes 18 berechnen.
Es ist ferner vorgesehen, daß die Steuereinheit 52 auf ein Motormomentensignal zugreift, welches für das bereitgestellte Motormoment des Antriebsmotors 3 repräsentativ ist. Das Motormomentensignal wird von einem schematisch dargestellten Momentensensor 55 auf die Bus-Anordnung 53 übertragen. Des weiteren hat die Steuereinheit 52 Zugriff auf ein Lenkwinkelsignal. Das Lenkwinkelsignal wird von einem Drehwinkelsensor 56 geliefert, welcher die Drehstellung eines Lenkrads 58 des Kraftfahrzeugs beziehungsweise einer das Lenkrad 58 tragenden Lenksäule erfaßt. Dabei ist die Drehstellung des Lenkrads beziehungsweise der Lenksäule ein Maß für den mit α bezeichneten Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs, das heißt die Winkelabweichung der Vorderräder von einer Geradeausstellung. Es kann auch vorgesehen sein, daß die Steuereinheit 52 auf weitere Signale zugreift, beispielsweise ein Gangstellungssignal, welches die Gangstellung des Schaltgetriebes 4 erfaßt oder ein Pedalstellungssignal, welches die Stellung eines Gaspedals des Kraftfahrzeugs angibt. Es kann ferner vorgesehen sein, daß die Steuereinheit 52 auf ein Beschleunigungssignal des Kraftfahrzeugs zugreifen kann, welches für die Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs um die Hochachse repräsentativ ist. Außerdem kann die Steuereinheit 52 gemäß an sich bekannter Methoden eine Geschwindigkeit v_FZG des Kraftfahrzeugs ermitteln.
In 2 ist die Kupplungsanordnung 24 mit Viscokupplung 25 und Betätigungseinheit 26 im Detail dargestellt, wobei die Viscokupplung 25 hinsichtlich des Drehmomentflusses der Betätigungseinheit 26 nachgeschaltet ist. Die Kupplungsanordnung 24 umfaßt ein erstes Kupplungsteil 27, das in Form eines Kupplungsgehäuses gestaltet ist. Es ist ein Anschlußflansch 11 ersichtlich, der zur Drehmomenteinleitung mit dem hinteren Ende der Längsantriebswelle 9 aus 1 verbunden wird. Insofern bildet das erste Kupplungsteil 27 bzw. das Kupplungsgehäuse das Eingangsteil der Kupplungsanordnung 24. Das Kupplungsgehäuse 27 ist topfförmig gestaltet und umfaßt ein erstes Gehäuseteil 29 mit einem Bodenabschnitt und einem Mantelabschnitt, einen Zwischenring 21 aus paramagnetischem Material sowie ein deckelförmiges zweites Gehäuseteil 30. Das erste Gehäuseteil 29, der Zwischenring 21 und das zweite Gehäuseteil 30 sind fest miteinander verbunden, beispielsweise mittels Schweißen, und bilden gemeinsam das erste Kupplungsteil, in welchem die Viscokupplung 25 um die Drehachse A drehbar aufgenommen ist. Das Kupplungsgehäuse 27 ist im Bereich des ersten Gehäuseteils 29 und des zweiten Gehäuseteils 30 mittels zweier Radiallager 31, 41 auf der Eingangswelle 28 des hinteren Differentialgetriebes 18 um die Drehachse A drehbar gelagert.
Die Betätigungseinheit 26 umfaßt eine formschlüssige Schaltkupplung, die mittels einer extern ansteuerbaren Magnetspule 32 geöffnet und geschlossen werden kann. Die Magnetspule 32 ist in einem Trägerelement 33 aufgenommen und gegenüber einem ortsfesten Bauteil, beispielsweise dem Getriebegehäuse 35 des hinteren Differentialgetriebes 18 drehfest gehalten. Es ist die elektrische Leitung 34 zum Ansteuern der Magnetspule 32 sowie ein Teil des Getriebegehäuses 35 ersichtlich. Das zweite Gehäuseteil 30 des Kupplungsgehäuses 27 hat einen äußeren Ringsteg 36 und einen inneren Ringsteg 37, zwischen denen ein Ringraum gebildet ist, in dem die Magnetspule 32 mit dem Trägerelement 33 aufgenommen ist. Dabei sind zwischen dem Trägerelement 33 und den Ringstegen 36, 37 Radialspalte gebildet, so daß das Kupplungsgehäuse 27 relativ zum Trägerelement 33 um die Drehachse A drehen kann. Zwischen dem inneren Ringsteg 37 und dem Trägerelement 33 ist ein abgedichtetes Radiallager 38 vorgesehen. Ferner ist radial außen zwischen dem äußeren Ringsteg 36 und dem Getriebegehäuse 35 eine Dichtungsanordnung 39 bestehend aus einem berührungslosen Dichtring und einem radialen Wellendichtring vorgesehen.
Die Betätigungseinheit 26 umfaßt ferner eine Ankerplatte 42, die mit der Magnetspule 32 zusammenwirkt. Die Ankerplatte 42 ist mittels einer Längsverzahnung 43 mit einem ersten Kupplungsteil 45 der Viscokupplung 25 drehfest und axial verschieblich verbunden. An ihrer der Ankerplatte 42 zugewandten Stirnseite hat das Kupplungsgehäuse 27 innen eine Stirnverzahnung 44, die mit einer entsprechenden Gegenverzahnung 48 der Ankerplatte 42 in Verzahnungseingriff bringbar ist. Insofern bilden die Ankerplatte 42 und das Kupplungsgehäuse 27 die beiden Kupplungsteile der Schaltkupplung. Zwischen der Ankerplatte 42 und dem Kupplungsgehäuse 27 sind Federmittel 49 vorgesehen, welche die Ankerplatte 42 in Richtung zur Viscokupplung 25 beaufschlagen. Die Federmittel 49 können beispielsweise eine oder mehrere Tellerfedern umfassen, die sich gegenüber der Ankerplatte einerseits und der Innenseite des Kupplungsgehäuses 27 andererseits abstützen.
Die Viscokupplung 25 umfaßt ein erstes Kupplungsteil 45, das in Form eines Außenlamellenträgers gestaltet ist, und ein zweites Kupplungsteil 46, das in Form eines Innenlamellenträgers gestaltet ist. Die beiden Kupplungsteile 45, 46 sind relativ zueinander um die Drehachse A drehbar und mittels zweier Drehdichtungen 50, 51 gegeneinander abgedichtet. In dem so gebildeten Ringraum befinden sich mit dem ersten Kupplungsteil 45 drehfest verbundene Außenlamellen sowie mit dem zweiten Kupplungsteil 46 drehfest verbundene Innenlamellen, die axial abwechselnd angeordnet und axial schwimmend gehalten sind. Das aus den Außenlamellen und den Innenlamellen gebildete Lamellenpaket ist nicht dargestellt. Der Ringraum in der Viscokupplung 25 ist zumindest teilweise mit einem hochviskosen Fluid gefüllt, beispielsweise Silikonöl. Das Fluid wird bei unterschiedlichen Drehzahlen zwischen dem ersten Kupplungsteil 45 und dem zweiten Kupplungsteil 46 geschert und überträgt somit ein Drehmoment zwischen den genannten Kupplungsteilen 45, 46. Das zweite Kupplungsteil 46 ist drehfest mit dem Eingangszapfen 28 des hinteren Differentialgetriebes 18 verbunden, beispielsweise mittels einer Längsverzahnung 57, und bildet somit das Ausgangsteil der Kupplungsanordnung 24. Zur axialen Fixierung ist eine Schraubverbindung 47 vorgesehen, die vorliegend in Form einer Hohlschraube gestaltet ist, welche auf ein Außengewinde eines Gewindeendstücks des Eingangszapfens 28 aufgeschraubt ist.
Die Funktionsweise der Kupplungsanordnung 24 ist wie folgt. Im Normalzustand ist die Betätigungseinheit 26 deaktiviert, so daß die Ankerplatte 42 von den Federmitteln 49 in Richtung zur Viscokupplung 25 axial beaufschlagt ist und die Stirnverzahnung 44 außer Eingriff mit der Gegenverzahnung 48 der Ankerplatte 42 ist. In diesem Zustand kann das Kupplungsgehäuse 27, welches drehfest mit der Längsantriebswelle 9 verbunden ist und damit in einem festen Drehverhältnis zur vorderen Antriebsachse 6 rotiert, frei gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 46, das drehfest mit dem Eingangszapfen 28 des hinteren Differentialgetriebes 18 verbunden ist und mit einem festen Drehverhältnis zur hinteren Antreibsachse rotiert, drehen. Insofern überträgt die Viscokupplung 25 kein Drehmoment von der Längsantriebswelle 9 auf die hintere Antriebsachse 7, so daß in diesem Fahrzustand nur die Vorderachse 6 angetrieben ist.
Tritt nun ein Fahrzustand auf, bei dem die sekundär antreibbare Hinterachse 7 an die primär angetriebene Vorderachse 6 angekoppelt werden soll, erhält die Betätigungseinheit 26 ein entsprechendes Steuersignal von der Steuereinheit 52. Die Magnetspule 32 wird aktiviert und erzeugt ein magnetisches Feld, so daß die Ankerplatte 42 entgegen der Kraft der Federmittel 49 in Richtung Magnetspule 32 angezogen wird. Dabei greift die Stirnverzahnung 44 des Kupplungsgehäuses 27 in die entsprechende Gegenverzahnung 48 der Ankerplatte 42 ein, so von dem Kupplungsgehäuse 27 ein Drehmoment auf die Ankerplatte 42 und von dort wiederum auf den Außenlamellenträger 45 der Viscokupplung 25 übertragen wird. Die Viscokupplung 25 ist somit in den Drehmomentfluß zwischen der Vorderachse 6 und der Hinterachse 7 integriert und kann bei Auftreten einer Drehzahldifferenz Δn zwischen dem Außenlamellenträger 45 bzw. dem Kupplungseingangsteil 27 einerseits und dem Innenlamellenträger bzw. dem Kupplungsausgangsteil 46 andererseits ein Drehmoment auf die Hinterachse 7 übertragen. Tritt nun ein Fahrzustand auf, bei dem eine Drehmomentübertragung zwischen der Hinterachse 7 und der Vorderachse 6 ungewünscht ist, beispielsweise bei einem Regeleingriff des Antiblockierregelsystems, wird die Magnetspule 32 wieder deaktiviert, so daß die Ankerplatte 42 mittels der Federmittel 49 wieder außer Eingriff mit dem Kupplungsgehäuse 27 gebracht wird. Die Viscokupplung 25 ist deaktiviert und kann bei Differenzdrehzahl kein Drehmoment mehr zwischen der Vorderachse 6 und der Hinterachse 7 übertragen.
Anhand des Diagramms aus 3 wird nachstehend das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung der Kupplungsanordnung 24 im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs beispielhaft beschrieben. Das Steuerkonzept der Kupplungsanordnung 24 umfaßt verschiedenen Module M1–M6, die im folgenden näher erläutert werden. Als Eingangsgrößen für die Steuerung dienen zumindest die Raddrehzahlsignale S1, welche repräsentativ für die Raddrehzahlen sind, ein Lenkungssignal S2, welches repräsentativ für den Lenkungswinkel α des Kraftfahrzeugs ist, sowie ein Motormomentsignal S3, welches repräsentativ für das vom Antriebsmotor 3 erzeugte Motormoment ist. Daneben können weitere hier nicht dargestellte Signale als Eingangsgröße dienen, wie z. B. ein Getriebesignal, welches die Schaltstellung des Schaltgetriebes 4 angibt, oder ein Gaspedalsignal, das für die Stellung des Gaspedals repräsentativ ist.
Im Modul M1, das auch als Differenzdrehzahlberechnungsmodul bezeichnet werden kann, werden aus den Drehzahlen der Räder 16, 17, 19, 20 die Achsdrehzahlen der Vorderachse 6 und der Hinterachse 7 ermittelt. Als Eingangsgrößen für das Modul M1 dienen dabei die Raddrehzahlsignale, die im Diagramm mit S1 bezeichnet sind. Aus den Achsdrehzahlen n_V, n_H wird dann die Differenzdrehzahl Δn zwischen dem Kupplungsgehäuse 27, welches das Kupplungseingangsteil darstellt, und dem zweiten Kupplungsteil 46, welches das Kupplungsausgangsteil darstellt, ermittelt.
In dem Modul M2, welches das Hauptmodul darstellt und auch als Fahrstabilitätsmodul bezeichnet werden kann, wird eine bestimmte Steuerroutine von einem Steuerprogramm abgearbeitet. Im Rahmen dieser Routine wird die ermittelte Differenzdrehzahl Δn mit einem vorgegebenen Wert n_x verglichen und es wird ein Steuersignal S4 der elektronischen Regeleinheit 52 des Kraftfahrzeugs überwacht. Wie oben bereits gesagt, kann die Regeleinheit 52 ein Antiblockiersystem (ABS) oder eine Fahrdynamikregeleinheit (ESP) sein, welches die Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs gewährleistet. Die Regeleinheit 52 überwacht in an sich bekannter Weise zumindest einen für die Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs repräsentativen Betriebsparameter auf eine vorbestimmte Bedingung und erzeugt bei Erkennen der vorbestimmten Bedingung ein Steuersignal, das mit S4 bezeichnet ist. Als Beispiel für die Fahrstabilität repräsentativen Betriebsparameter seien hier die auf das Kraftfahrzeug einwirkenden Querkräfte beziehungsweise die um die Fahrzeuglängsachse wirkenden Beschleunigungsmomente genannt oder die Drehzahl der einzelnen Räder. Sobald ein kritischer Fahrzustand vorliegt, wird von der Regeleinheit 52 ein entsprechendes Steuersignal erzeugt, das beispielsweise einen Eingriff in die Bremsen oder in das Motormanagmentsystem ausübt, so daß die Fahrstabilität gewährleistet wird. Gleichzeitig erhält das Fahrstabilitätsmodul M2 ein entsprechendes Steuersignal S4.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Steuerroutine des Fahrstabilitätsmoduls M2 derart gestaltet, daß die Betätigungseinheit 26 zum Betätigen der Viscokupplung 25 nur dann im Öffnungssinne geschaltet wird, wenn ein entsprechendes Signal S6 von der Regeleinheit 52 anliegt und wenn von dem Modul M1 ein entsprechendes Signal S5 anliegt, gemäß dem die Drehzahldifferenz Δn zwischen der Dreh zahl n₁ des ersten Kupplungsteils und der Drehzahl n₂ des zweiten Kupplungsteils innerhalb eines vorbestimmten Wertebereichs ±n_x liegt. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß ungewünschte Schaltgeräusche der Betätigungseinheit reduziert werden. Es ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Betätigungseinheit 26 der Kupplungsanordnung 24 nur dann freigeschaltet wird, wenn der definierte Wertbereich ±n_x der Drehzahldifferenz Δn maximal 30 Umdrehungen pro Minute beträgt, das heißt |Δn| ≤ 30 U/min. Besonders geringe Schaltgeräusche ergeben sich, wenn die Betätigungseinheit 26 bei einer Drehzahldifferenz Δn geöffnet wird, die nahe Null liegt. Als Steuersignal S4 kann jedes beliebige Signal der Regeleinheit 52 verwendet werden, das einen Eingriff in die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs zur Sicherung der Fahrstabilität bewirkt. Als Beispiele wurden oben bereits die auf das Kraftfahrzeug einwirkenden Querkräfte oder die Drehzahl der Räder genannt. Wie oben bereits erwähnt, erhält das Modul M2 die Informationen über einen anliegenden Regeleingriff in die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs vorzugsweise über das ohnehin im Kraftfahrzeug vorhandene Fahrdynamikregelsystem (ESP-System). Alternativ hierzu kann das Fahrstabilitätsmodul M2 jedoch eine eigene Steuerroutine zur Ermittlung eines für die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs repräsentativen Betriebsparameters aufweisen.
Das Fahrstabilitätsmodul M2 kann als weiteren Schritt ein Überprüfen des Grundes für den Regeleingriff umfassen. Hierfür ist insbesondere vorgesehen, daß zwischen den verschiedenen Situationen, auf Grund derer in die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs eingegriffen wird, differenziert wird. Liegt der Grund für den Regeleingriff in einer fehlenden Traktion der Räder 16, 17 der Vorderachse 6 beim Beschleunigen des Kraftfahrzeugs, ist vorgesehen, daß die Betätigungseinheit 26 geschlossen bleibt, so daß ein Drehmoment auf die Hinterachse 7 übertragen wird. Dies betrifft sowohl einen Eingriff der Fahrdynamikregeleinheit in das Motormanagement-System, das heißt bei Drosselung des Motors, als auch bei einem Eingriff des Bremssystems, das heißt beim gesteuerten Abbremsen einzelner Räder. Nur wenn ein Eingriff in die Fahrdynamik auf Grund eines kritischen Fahrzustandes erfolgt, wird von dem Fahrstabilitätsmodul M2 ein entsprechendes Steuersignal S6 an das Schaltmodul M3 zum Schalten der Betätigungseinheit 26 und Öffnen der Viscokupplung 25 gegeben. Eine Drosselung des Motormoments oder ein Abbremsen der Fahrzeugräder, um die Traktion des Kraftfahrzeugs beim Beschleunigen zu erhöhen, erfordern nicht das Ab schalten der Viscokupplung 25. Als Bedingung für das Betätigen der Betätigungseinheit 26 im Öffnungssinne kann demnach formuliert werden, daß die Drehzahl n_H der Hinterachse 7 größer wird als die Drehzahl n_V der Vorderachse 6.
Wenn die Drehzahldifferenz Δn zwischen der Drehzahl n₁ des ersten Kupplungsteils 27 und der Drehzahl n₂ des zweiten Kupplungsteils 46 außerhalb des definierten Wertebereichs von ±n_x min^–1 liegt, kann das Fahrstabilitätsmodul M2 als weiteren Schritt umfassen, daß ein Antwortsignal S7 an die elektronische Regeleinheit 52 abgegeben wird, welches bewirkt, daß die elektronische Regeleinheit 52 die Vorderradgeschwindigkeiten entweder durch Drosselung des Motormoments und/oder durch Abbremsen der durchdrehenden Räder 16, 17 reduziert. Auf diese Weise wird die Differenzdrehzahl Δn reduziert. Bei Erreichen des vorbestimmten Differenzdrehzahlwerts von n_x wird die Betätigungseinheit 26 dann geöffnet.
Als weiterer Schritt des Fahrstabilitätsmoduls M2 ist vorgesehen, daß nach dem Öffnen der Betätigungseinheit 26 diese erst dann wieder geschlossen wird, wenn der Regeleingriff beendet ist, bzw. die Regeleinheit 52 kein entsprechendes Steuersignal S4 mehr erzeugt, und die Drehzahldifferenz Δn innerhalb des vorbestimmten Wertebereichs ±n-x min^–1 liegt. Auch hier kann, wenn die Drehzahldifferenz Δn außerhalb des definierten Wertebereichs von ±n_x min^–1 liegt, ein entsprechendes Signal S7 an die elektronische Regeleinheit 52 abgegeben werden, welches ein Absenken der Vorderradgeschwindigkeiten durch Eingriff in das Motormanagement- oder Bremssystem bewirkt.
Im folgenden wird ein weiteres Modul M4 erläutert, das Bestandteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung der Kupplungsanordnung sein kann und im folgenden auch als Lenkungsmodul bezeichnet wird. Das Lenkungsmodul kommt bei langsamer Fahrt durch enge Kurven zum Einsatz, und kann daher auch als „Tight Corner Braking Module” bezeichnet werden. Das Modul M4 umfaßt eine Steuerroutine, welche ein Fahrzeugsgeschwindigkeitssignal S8, das von einem Fahrzeuggeschwindigkeitsmodul M5 erzeugt wird, ein Lenkungssignal S2 und das Differenzdrehzahlsignal S5 als Eingangsgrößen erhält. Die Steuerroutine des Lenkungsmoduls M4 ist so gestaltet, daß ein Steuersignal S9 zum Öffnen der Betätigungseinheit 26 der Kupplungsanordnung 24 abgegeben wird, wenn das Lenkungssignal S2 einen vorbestimmten Wert überschreitet und die Fahrzeuggeschwindigkeit v_FZG unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt und, gemäß dem Signal S5, die Drehzahldifferenz Δn zwischen der Drehzahl n₁ des ersten Kupplungsteils 45 und der Drehzahl n₂ des zweiten Kupplungsteils 46 innerhalb eines vorbestimmten Wertebereichs ±n_y liegt. Als weitere Eingangsgröße für das Lenkungsmodel M4 kann auch ein Motormomentsignal S3 herangezogen werden, wobei als weitere Bedingung für das Öffnen der Betätigungseinheit 26 dann vorgesehen ist, daß das Motormoment unterhalb eines bestimmten Momentenwerts liegt. Mit dem Lenkungsmodul M4 wird in vorteilhafter Weise vermieden, daß das Kraftfahrzeug bei langsamer Kurvenfahrt durch Kurven mit kleinem Kurvenradius nicht in ungewünschter Weise abgebremst wird.
In einem weiteren Schritt des Moduls M4 ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Betätigungseinheit 26 erst dann wieder geschlossen wird, wenn zumindest eine der obengenannten Bedingungen nicht mehr erfüllt ist, das heißt die Fahrzeuggeschwindigkeit v_FZG über den vorbestimmten Geschwindigkeitswert, die Differenzdrehzahl Δn über den vorbestimmten Differenzdrehzahlwert ±n_y, das Motormoment über den vorbestimmten Motormomentwert gestiegen, oder der Lenkungswinkel α unter die vorbestimmte Lenkungsgröße gesunken ist. Aktivierungsgrößen, die sich für das Öffnen oder Schließen der Kupplugsanordnung 24 als günstig erwiesen haben, sind eine Differenzdrehzahl Δn von weniger als 30 min^–1, das heißt –30 min^–1 ≤ n_y ≤ +30 min^–1, ein Lenkungswinkels des Lenkrades von mehr als 90°, und eine Fahrzeuggeschwindigkeit von weniger als 20 km/h, das heißt v_fzg < 20 km/h.
Als weiteres Modul kann das Steuerkonzept ein sogenanntes Hochgeschwindigkeitsmodul M6 umfassen, welches dazu dient, den Kraftstoffverbrauch bei geringen anliegenden Motormomenten zu reduzieren. Als Eingangsgrößen für das Hochgeschwindigkeitsmodul M6 dienen wiederum das Signal S5 für die Differenzdrehzahl Δn zwischen der Drehzahl n₁ des ersten Kupplungsteils 27 und der Drehzahl n₂ des zweiten Kupplungsteils 46, ferner das Signal S8 für die Fahrzeuggeschwindigkeit v_fzg sowie das Motormomentsignal S3, das beispielsweise die Stellung des Gaspedals oder das erzeugte Motordrehmoment repräsentierende Größe sein kann. In der Routine „Hochgeschwindigkeitsmodul M6” werden die Signale für die Differenzdrehzahl Δn, die Fahrzeuggeschwindigkeit V_FZG und das Motormoment erfaßt und jeweils mit einem vorgegebenen Wert verglichen. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als ein vorbestimmter Wert v_FZGy ist und die Differenzdrehzahl Δn innerhalb eines vorbestimmten Wertebereichs von ±n_y liegt und wenn das anliegende Motormoment gering ist, wird ein Steuersignal S10 zum Öffnen der Betätigungseinheit 26 erzeugt, so daß die Viscokupplung 25 kein Drehmoment mehr zwischen der Vorderachse 6 und der Hinterachse 7 übertragen kann.
In einem weiteren Schritt der Routine „Hochgeschwindigkeitsmodul M6” ist vorgesehen, daß die Betätigungseinheit 26 wieder geschlossen wird, wenn zumindest eine der Bedingungen nicht mehr erfüllt ist. Um ein Schaltgeräusch der Viscokupplung 25 zu vermeiden, sollte die Differenzdrehzahl Δn zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungsteil 45, 46 kleiner als 30 min^–1 sein.
Zusammenfassend ist festzuhalten, daß das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer Kupplungsanordnung 24 im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs den Vorteil einer geräuschlosen Zuschaltung beziehungsweise Abschaltung der Viscokupplung 25 bietet, welche durch formschlüssigen Eingriff in den Antriebsstrang anbeziehungsweise abgekoppelt wird. Dabei kann die Regeleinheit 52 zur Betätigung der Kupplungsanordnung 24 die Eingangssignale einer ohnehin im Kraftfahrzeug vorhandenen elektronischen Regeleinheit (ECU) zurückgreifen. Die oben beschriebene elektromagnetisch betätigbare Betätigungseinheit 26 erfordert dabei eine verhältnismäßig geringe Stromstärke zur Ansteuerung, die ohne weiteres von der elektronischen Regeleinheit 52 zur Verfügung gestellt werden kann. Insgesamt wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Fahrkomfort in Kraftfahrzeugen mit Viscokupplung zum Zuschalten der Hinterachse erhöht, wobei gleichzeitig eine einfache Integration in die bestehende Peripherie ermöglicht wird. Insbesondere ist eine separate elektronische Steuereinheit nicht erforderlich.

2: Antriebsstrang
3: Antriebsmotor
4: Schaltgetriebe
5: Verteilergetriebe
6: Vorderachse
7: Hinterachse
8: Winkelgetriebe
9: Längsantriebswelle
10: Differentialgetriebe
11: Anschlußflansch
12: Seitenwelle
13: Seitenwelle
14: Gleichlaufgelenk
15: Gleichlaufgelenk
16: Vorderrad
17: Vorderrad
18: Differentialgetriebe
19: Hinterrad
20: Hinterrad
21: Zwischenring
22: Seitenwelle
23: Seitenwelle
24: Kupplungsanordnung
25: Viscokupplung
26: Betätigungseinheit
27: Kupplungsgehäuse
28: Antriebszapfen
29: erstes Gehäuseteil
30: zweites Gehäuseteil
31: Radiallager
32: Magnetspule
33: Trägerelement
34: elektrische Leitung
35: Getriebegehäuse
36: Ringsteg
37: Ringsteg
38: Lager
39: Dichtungsanordnung
40: Radiallager
41: Radiallager
42: Ankerplatte
43: Längsverzahnung
44: Stirnverzahnung
45: erstes Kupplungsteil
46: zweites Kupplungsteil
47: Schraube
48: Gegenverzahnung
49: Federmittel
50: Drehdichtung
51: Drehdichtung
52: Steuereinheit
53: Bus-Anordnung
54: Drehzahlsensor
55: Momentensensor
56: Lenksensor
57: Längsverzahnung
58: Lenkrad
A: Drehachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3743474 A1 [0003]
- DE 10226248 B3 [0003]
- DE 102004004870 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Kupplungsanordnung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei der Antriebsstrang eine erste Antriebsachse (6) und eine zweite Antriebsachse (7) aufweist, wobei die Kupplungsanordnung (24) ein mit der ersten Antriebsachse (6) antriebsverbundenes erstes Kupplungsteil (27) aufweist, das mit einer ersten Drehzahl (n₁) um eine Drehachse (A) rotiert, und ein mit der zweiten Antriebsachse (7) antriebsverbundenes zweites Kupplungsteil (46), das mit einer zweiten Drehzahl (n₂) um die Drehachse (A) rotiert; wobei die Kupplungsanordnung (24) ferner eine Viscokupplung (25) und eine extern steuerbare Betätigungseinheit (26) zum Betätigen der Viscokupplung (25) aufweist, mittels derer das erste Kupplungsteil (27) mit dem zweiten Kupplungsteil (46) antriebsverbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinheit (26) in Abhängigkeit einer Drehzahldifferenz (Δn) zwischen der ersten Drehzahl (n₁) des ersten Kupplungsteils (27) und der zweiten Drehzahl (n₂) des zweiten Kupplungsteils (46) gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte Überwachen zumindest einer für die Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs repräsentativen Betriebsgröße und Erzeugen eines Steuersignals (S6) bei Abweichung eines Istwerts der zumindest einen Betriebsgröße von einem Sollwert; Ermitteln der Drehzahldifferenz (Δn) zwischen der ersten Drehzahl (n₁) des ersten Kupplungsteils (27) und der zweiten Drehzahl (n₂) des zweiten Kupplungsteils (46); und Betätigen der Viscokupplung (25), wenn das Steuersignal (S6) anliegt und, wenn die Drehzahldifferenz (Δn) innerhalb eines vorbestimmten Wertebereichs (±n_x) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der definierte Wertebereich (±n_x) zwischen +30 min^–1 und –30 min^–1 liegt, das heißt –30 min^–1 ≤ n_x ≤ +30 min^–1.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Viscokupplung (25) nach dem Betätigen im Öffnungssinn zumindest solange freigeschaltet gehalten wird, wie das Steuersignal (S6) anliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal (S6) von einer separaten Steuereinheit erzeugt wird, welche die zumindest eine für die Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs repräsentativen Betriebsgröße überwacht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal (S6) von einer elektronischen Fahrdynamikregeleinheit (ESP) bei einem Eingriff in die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal (S6) von einem Antiblockierregelsystem (ABS) bei einem Eingriff in den Bremsvorgang des Kraftfahrzeugs erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsanordnung (24), bei anliegendem Steuersignal (S6) aufgrund eines Eingriffs des Antiblockierregelsystems in den Bremsvorgang des Kraftfahrzeugs, unabhängig von der Drehzahldifferenz zwischen dem ersten Kupplungsteil (27) und dem zweiten Kupplungsteil (46) gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Antriebsachse (6) die Vorderachse und die zweite Antriebsachse (7) die Hinterachse des Kraftfahrzeugs ist, wobei die Vorderachse permanent angetrieben ist und die Hinterachse mittels der Viscokupplung (25) zuschaltbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Viscokupplung (25) nur dann im Öffnungssinn betätigt wird, wenn eine Drehzahl (n_H) der Hinterachse (7) größer ist als eine Drehzahl (n_V) der Vorderachse (6).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Drehzahldifferenz (Δn) zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungsteil (27, 46) außerhalb des definierten Wertebereichs (±n_x) liegt, die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs mittels der elektronischen Fahrdynamikregeleinheit derart geregelt wird, daß die Drehzahldifferenz (Δn) abnimmt, und zwar zumindest bis die Drehzahldifferenz (Δn) innerhalb des vorbestimmten Wertebereichs (±n_x) liegt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion der Drehzahldifferenz (Δn) durch Eingriff in das Motormanagementsystem geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion der Drehzahldifferenz (Δn) durch Eingriff in das Bremssystem geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer Verfahrensschritt vorgesehen ist: Überwachen einer für die Geschwindigkeit (v_FZG) des Kraftfahrzeugs repräsentativen Geschwindigkeitsgröße und Erzeugen eines Geschwindigkeitssignals (S6) zum Betätigen der Viscokupplung (25) bei Erreichen einer vorbestimmten Geschwindigkeitsgröße; Öffnen der Viscokupplung (25) bei Erreichen der vorbestimmten Geschwindigkeitsgröße.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Geschwindigkeitsgröße einer Fahrzeuggeschwindigkeit (v_FZG) von etwa 80 km/h entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer Verfahrensschritt vorgesehen ist: Überwachen einer für den Lenkungswinkel (α) der Räder (16, 17, 19, 20) des Kraftfahrzeugs repräsentativen Lenkungsgröße und Erzeugen eines Lenkungssignals (S2) zum Betätigen der Kupplungsanordnung (24) bei Erreichen einer vorbestimmten Lenkungsgröße; Steuern der Betätigungseinheit (26) im Öffnungssinn, wenn das Lenkungssignal (S2) erzeugt wird und, wenn die Drehzahldifferenz (Δn) zwischen dem ersten Kupplungsteil (27) und dem zweiten Kupplungsteil (46) innerhalb des definierten Wertebereichs liegt, und zwar unabhängig von dem Betätigungssignal (S6) der Steuereinheit.
Programmcode, der dazu bestimmt und ausgelegt ist, bei Ausführung auf einem programmgesteuerten Rechner eines Kraftfahrzeugs die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16 zu bewirken.
Digitales Speichermedium mit darauf gespeichertem maschinenlesbaren Programmcode, wobei der Programmcode dazu bestimmt und ausgelegt ist, bei Ausführung auf einem programmgesteuerten Rechner eines Kraftfahrzeugs die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16 zu bewirken.
Antriebsstranganordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine erste Antriebsachse (6); eine zweite Antriebsachse (7); wobei die Kupplungsanordnung (24) ein mit der ersten Antriebsachse (6) antriebsverbundenes erstes Kupplungsteil (27) aufweist, das mit einer ersten Drehzahl (n₁) um eine Drehachse (A) rotiert, und ein mit der zweiten Antriebsachse (7) antriebsverbundenes zweites Kupplungsteil (46), das mit einer zweiten Drehzahl (n₂) um die Drehachse (A) rotiert; wobei die Kupplungsanordnung (24) ferner eine Viscokupplung (25) und eine extern steuerbare Betätigungseinheit (26) zum Betätigen der Viscokupplung (25) aufweist, mittels derer das erste Kupplungsteil (27) mit dem zweiten Kupplungsteil (46) antriebsverbindbar ist, gekennzeichnet durch ein Steuermodul (M2, M4, M6), das dazu eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 durchzuführen.