DE102008043963A1

DE102008043963A1 - Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs

Info

Publication number: DE102008043963A1
Application number: DE102008043963A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Martin; Wilfrid Eberhard
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2010-05-27
Anticipated expiration: 2028-11-22
Also published as: DE102008043963B4; US8311717B2; US20100130328A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei der Antriebsstrang ein Antriebsaggregat, ein Getriebe und einen zwischen das Getriebe und einen Abtrieb geschalteten Allradverteiler mit einer automatisiert betätigbaren Kupplung umfasst, wobei die Kupplung des Allradverteilers derart im Dauerschlupf betrieben wird, dass dieselbe ein Getriebeausgangsmoment im Sinne einer variablen Momentverteilung auf angetriebene Achsen des Abtriebs aufteilt, wobei die Aufteilung des Getriebeausgangsmoments auf die angetriebenen Achsen von einer in einer Steuerungseinrichtung implementierten Allrad-Fahrstrategie derart vorgegeben wird, dass das Getriebeausgangsmoment abzüglich eines von der Allrad-Fahrstrategie vorgegebenen Sollmoments auf eine erste angetriebene Achse und das Sollmoment auf eine zweite angetriebene Achse übertragen wird. Erfindungsgemäß wird dann, wenn definierte Betriebsbedingungen des Antriebsstrangs erfüllt sind, zur Vermeidung einer thermischen Überbeanspruchung der Kupplung des Allradverteilers ein vom Antriebsaggregat bereitgestelltes Moment und/oder das von der Allrad-Fahrstrategie vorgegebene Sollmoment begrenzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs.
Die Hauptkomponenten eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sind ein Antriebsaggregat und ein Getriebe, wobei das Getriebe Drehmomente und Drehzahlen des Antriebsaggregats wandelt und so ein Zugkraftangebot des Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs an einem Abtrieb des Antriebsstrangs bereitstellt.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs, der neben dem Antriebsaggregat und dem Getriebe einen zwischen das Getriebe und den Abtrieb des Antriebsstrangs geschalteten Allradverteiler mit einer automatisiert betätigbaren Kupplung umfasst. Bei der automatisiert betätigbaren Kupplung des Allradverteilers handelt es sich insbesondere um eine Allradlamellenkupplung.
Die automatisiert betätigbare Kupplung eines solchen Allradverteilers wird im Dauerschlupf betrieben und teilt ein Getriebeausgangsmoment des Getriebes im Sinne einer variablen Momentverteilung auf angetriebene Achsen des Abtriebs des Antriebsstrangs auf, nämlich derart, dass das Getriebeausgangsmoment abzüglich eines von einer Allrad-Fahrstrategie vorgegebenen Sollmoments auf eine erste angetriebene Achse, eine sogenannte Hauptantriebsachse, des Abtriebs und das Sollmoment auf eine zweite angetriebene Achse, eine sogenannte Nebenantriebsachse, des Antriebs übertragen wird. Die Allrad-Fahrstrategie, welche das Sollmoment und damit die variable Momentverteilung zwischen den angetriebenen Achsen des Abtriebs vorgibt, ist in einer Steuerungseinrichtung, vorzugsweise einer Getriebesteuerungseinrichtung, des Antriebsstrangs implementiert.
An die automatisiert betätigbare Kupplung eines Allradverteilers werden hohe Anforderungen an die Stellgenauigkeit, Stelldynamik und Öffnungsdynamik gestellt. Durch den ständig vorhandenen Dauerschlupf an der Kupplung bzw. die ständig vorhandene Drehzahldifferenz zwischen den angetriebenen Achsen des Abtriebs zugeordneten Kupplungselementen der Kupplung ist die Kupplung des Allradverteilers hohen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt, die zu einem Verschleiß und damit einem Versagen der Kupplung des Allradverteilers führen können.
Bislang sind keine Maßnahmen bekannt, mit Hilfe derer eine unzulässig hohe thermische Beanspruchung der Kupplung eines Allradverteilers zuverlässig vermieden werden kann. Es besteht daher Bedarf an einem Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs, mit Hilfe dessen die Kupplung eines Allradverteilers zuverlässig vor thermischer Überbeanspruchung geschützt werden kann.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs zu schaffen.
Dieses Problem wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird dann, wenn definierte Betriebsbedingungen des Antriebsstrangs erfüllt sind, zur Vermeidung einer thermischen Überbeanspruchung der Kupplung des Allradverteilers ein vom Antriebsaggregat bereitgestelltes Moment und/oder das von der Allrad-Fahrstrategie vorgegebene Sollmoment begrenzt.
Mit Hilfe der hier vorliegenden Erfindung kann die Kupplung eines Allradverteilers sicher und zuverlässig vor thermischer Überbeanspruchung geschützt werden. Somit kann einem vorzeitigen Verschleiß und damit Versagen der Kupplung des Allradverteilers zuverlässig entgegengewirkt werden.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine schematisierte Darstellung eines Antriebsstrangs; und
2 ein Detail des Antriebsstrangs der 1.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieben eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei 1 eine schematisierte Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Antriebsstrangs zeigt, bei welchem das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden kann.
So zeigt 1 eine schematisierte Darstellung eines Antriebsstrangs 1, der ein Antriebsaggregat 2, ein Getriebe 3 und einen zwischen einen Abtrieb 4 und das Getriebe 3 geschalteten Allradverteiler 5 umfasst, wobei der Abtrieb 4 im gezeigten Ausführungsbeispiel von zwei angetriebenen Achsen 6, 7 gebildet ist. Jeder der beiden angetriebenen Achsen 6, 7 des Abtriebs 4 ist gemäß 1 jeweils ein Differenzial 8 bzw. 9 zugeordnet, wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel die Differenziale 8, 9 für die beiden Achsen 6, 7 unterschiedliche Achsübersetzungen bereitstellen.
Jeder Achse 6, 7 sind weiterhin zwei Räder 10 zugeordnet, wobei jedem der Räder 10 jeweils ein Drehzahlsensor 11 zugeordnet ist. Über die Drehzahlsensoren 11 kann für jedes Rad 10 jeder der beiden angetriebenen Achsen 6, 7 eine individuelle Raddrehzahl ermittelt werden, wobei durch Mittlung der Raddrehzahlen der einer Achse 6 bzw. 7 zugeordneten Räder 10 eine Drehzahl der jeweiligen Achse 6, 7 errechnet werden kann.
Gemäß 1 ist dem Getriebe 3 eine Getriebesteuerungseinrichtung 12 zugeordnet, mit Hilfe derer der Betrieb des Getriebes 3 gesteuert bzw. geregelt werden kann.
Gemäß 1 ist die Getriebesteuerungseinrichtung 12 über eine Steuersignalleitung 13 mit einer Hydraulikschaltgruppe 14 des Getriebes 3 gekoppelt, um der Hydraulikschaltgruppe 14 Steuerbefehle für den Betrieb des Getriebes 3 bereitzustellen.
Der Allradverteiler 5 umfasst eine automatisiert betätigbare Kupplung 15, die im gezeigten Ausführungsbeispiel hydraulisch betätigt wird und hierzu über eine Hydraulikleitung 16 mit der Hydraulikschaltgruppe 14 des Getriebes 3 verbunden ist. Die Hydraulikschaltgruppe 14 des Getriebes 3 stellt demnach im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 zur Betätigung der Kupplung 15 einen Hydraulikdruck bereit.
Es sei darauf hingewiesen, dass automatisiert betätigbare Kupplung 15 auch mechanisch oder elektrisch oder auf sonstige Art und Weise betätigt sein kann.
Die Kupplung 15 des Allradverteilers 14 wird im Dauerschlupf betrieben, wobei dieselbe ein Getriebeausgangsmoment des Getriebes 3 auf die angetriebenen Achsen 6 und 7 des Abtriebs 4 im Sinne einer variablen Momentverteilung aufteilt, nämlich derart, dass die Aufteilung des Getriebeausgangsmoments des Getriebes 3 auf die angetriebenen Achsen 6, 7 des Abtriebs 4 von einer in der Getriebesteuerungseinrichtung 12 implementierten Allrad-Fahrstrategie derart vorgegeben wird, dass das Getriebeausgangsmoment abzüglich eines von der Allrad-Fahrstrategie vorgegebenen Sollmoments auf eine erste angetriebene Achse, z. B. auf die Achse 7, und das Sollmoment auf eine zweite angetriebene Achse, z. B. auf die Achse 6, übertragen wird.
Dann, wenn das von der Allrad-Fahrstrategie vorgegebene Sollmoment Null beträgt, wird das gesamte Getriebeausgangsmoment auf die erste angetriebene Achse, z. B. auf die Achse 7, übertragen.
2 zeigt ein Detail des Allradverteilers 5 im Bereich der automatisiert betätigbaren Kupplung 15 desselben, wobei gemäß 2 die Kupplung 15 als Allradlamellenkupplung ausgebildet ist. Die als Allradlamellenkupplung ausgebildete Kupplung 15 des Allradverteilers 5 verfügt über erste Kupplungselemente 17, mit Hilfe derer das Getriebeausgangsmoment abzüglich des von der Allrad-Fahrstrategie vorgegebenen Sollmoments auf die erste angetriebene Achse, z. B. auf die Achse 7, übertragen werden kann, sowie über zweite Kupplungselemente 18, mit Hilfe derer das von der Allrad-Fahrstrategie vorgegebene Sollmoment auf die zweite angetriebene Achse, z. B. auf die Achse 6, des Antriebsstrangs 1 übertragen werden kann.
Um die Kupplung 15 des Allradverteilers 5, die im Dauerschlupf betrieben wird, vor einer thermischen Überbeanspruchung zu schützen, wird im Sinne der hier vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass dann, wenn definierte Betriebsbedingungen des Antriebsstrangs 1 erfüllt sind, ein vom Antriebsaggregat 2 bereitgestelltes Moment und/oder das von der Allrad-Fahrstrategie vorgegebene Sollmoment begrenzt wird. Diese beiden Maßnahmen können alleine zum Einsatz kommen, bevorzugt kommen jedoch beide Maßnahmen zum Einsatz, die dann entweder sequenziell oder parallel, also nacheinander oder unabhängig nebeneinander, ablaufen.
Das vom Antriebsaggregat 2 bereitgestellte Moment wird dann begrenzt, wenn eine Kühlmittelmenge zur Kühlung der Kupplung 15 des Allradverteilers 5 einen Kühlmittelgrenzwert unterschreitet und/oder wenn der Schlupf an der Kupplung 15 des Allradverteilers 5 einen Schlupfgrenzwert überschreitet.
Die zur Verfügung stehende Kühlmittelmenge zur Kühlung der Kupplung 15 des Allradverteilers 5 wird in der Getriebesteuerungseinrichtung 12 rechnerisch ermittelt, wobei es sich beim Kühlmittel vorzugsweise um Öl handelt. Details, wie die zur Verfügung stehende Kühlmittelmenge in der Getriebesteuerungseinrichtung 12 errechnet wird, sind dem hier angesprochenen Fachmann geläufig und bedürfen keiner näheren Erläuterung.
Der Schlupf an der Kupplung 15 des Allradverteilers 5 wird über gemessene Raddrehzahlen der Räder 10 bestimmt, wobei gemäß 1 die Raddrehzahlen der Räder 10 über die Drehzahlsensoren 11 gemessen werden. Aus den Raddrehzahlen und dem Übersetzungsverhältnis der Differentiale 8, 9 kann dann der Schlupf an der Kupplung 15 des Allradverteilers 5 bestimmt werden.
Dann, wenn die zur Verfügung stehende Kühlmittelmenge den Kühlmittelgrenzwert unterschreitet und/oder der Schlupf an der Kupplung 15 den Schlupfgrenzwert überschreitet, wird von einer nicht gezeigten Motorsteuerungseinrichtung das vom Antriebsaggregat 2 bereitgestellte Moment reduziert.
Das von der Allrad-Fahrstrategie vorgegebene Sollmoment wird dann begrenzt, wenn eine Temperatur der Kupplung 15 des Allradverteilers 5 einen ersten Kupplungstemperaturgrenzwert überschreitet und/oder eine Getriebesumpftemperatur einen ersten Getriebesumpftemperaturgrenzwert überschreitet.
Die Temperatur der Kupplung 15 des Allradverteilers 5 wird rechnerisch ermittelt, wobei es sich bei der Temperatur der Kupplung dann, wenn dieselbe als Allradlamellenkupplung ausgebildet ist, um die Temperatur des Lamellenpakets der Kupplung handelt. Die Getriebesumpftemperatur wird mit Hilfe eines Sensors messtechnisch erfasst.
Dann, wenn die Temperatur der Kupplung 15 des Allradverteilers 5 den ersten Kupplungstemperaturgrenzwert überschreitet und/oder die Getriebesumpftemperatur den ersten Getriebesumpftemperaturgrenzwert überschreitet, wird, wie bereits erwähnt, von der Allrad-Fahrstrategie das Sollmoment begrenzt, wobei vorzugsweise zusätzlich auch eine Fahrzeugstabilisierung, z. B. über ein ESP-System oder ein ABS-System, aktiviert wird.
Die Begrenzung des vom Antriebsaggregat 2 bereitgestellten Moments läuft unabhängig von der Begrenzung des von der Allrad-Fahrstrategie vorgegebenen Sollmoments ab. Dann, wenn auf Grundlage des Unterschreitens des Kühlmittelgrenzwerts und/oder des Überschreitens des Kupplungsschlupfs das vom Antriebsaggregat 2 bereitgestellte Moment begrenzt wird, bleibt das von der Allrad-Fahrstrategie vorgegebene Sollmoment für sich unverändert. Dann, wenn aufgrund des Überschreitens des ersten Kupplungstemperaturgrenzwerts und/oder des Überschreitens des ersten Getriebesumpftemperaturgrenzwerts das von der Allrad-Fahrstrategie vorgegebene Sollmoment begrenzt wird, bleibt das vom Antriebsaggregat bereitgestellte Moment unbeeinflusst. Beide Maßnahmen können jedoch gleichzeitig auftreten, und zwar dann, wenn die jeweiligen Betriebsbedingungen kumulativ erfüllt sind.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der hier vorliegenden Erfindung wird dann, wenn die Temperatur der Kupplung 15 des Allradverteilers 5 einen zweiten Kupplungstemperaturgrenzwert, der größer als der erste Kupplungstemperaturgrenzwert ist, überschreitet und/oder die Getriebesumpftemperatur einen zweiten Getriebesumpftemperaturgrenzwert, der größer als der erste Getriebesumpftemperaturgrenzwert ist, überschreitet, wird die Kupplung 15 des Allradverteilers 5 geöffnet, so dass dieselbe dann kein Moment mehr überträgt und das Kraftfahrzeug ausschließlich an einer Achse angetrieben wird. Zusätzlich kann gegebenenfalls wiederum eine Fahrzeugstabilisierung aktiviert werden.
Das vollständige Öffnen der Kupplung 15 des Allradverteilers 5 erfolgt demnach erst dann, wenn die Begrenzung des von der Allrad-Fahrstrategie vorgegebenen Sollmoments nicht ausreicht, um die Kupplung 15 des Allradverteilers 5 vor einer thermischen Überbeanspruchung zu schützen.
Dann, wenn eine der obigen Maßnahmen ergriffen wird, um die Kupplung 15 des Allradverteilers 5 vor einer thermischen Überbeanspruchung zu schützen, kann in ein elektronisches Steuergerät, z. B. in die Getriebesteuerungseinrichtung 12, ein entsprechender Fehlereintrag eingetragen werden.

1: Antriebstrang
2: Antriebsaggregat
3: Getriebe
4: Abtrieb
5: Allradverteiler
6: Achse
7: Achse
8: Differenzial
9: Differenzial
10: Rad
11: Drehzahlsensor
12: Getriebesteuerungseinrichtung
13: Steuersignalleitung
14: Hydraulikschaltgruppe
15: Kupplung
16: Hydraulikleitung
17: Kupplungselement
18: Kupplungselement

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei der Antriebsstrang ein Antriebsaggregat, ein Getriebe und einen zwischen das Getriebe und einen Abtrieb geschalteten Allradverteiler mit einer automatisiert betätigbaren Kupplung umfasst, wobei die Kupplung des Allradverteilers derart im Dauerschlupf betrieben wird, dass dieselbe ein Getriebeausgangsmoment im Sinne einer variablen Momentverteilung auf angetriebene Achsen des Abtriebs aufteilt, wobei die Aufteilung des Getriebeausgangsmoments auf die angetriebenen Achsen von einer in einer Steuerungseinrichtung implementierten Allrad-Fahrstrategie derart vorgegeben wird, dass das Getriebeausgangsmoment abzüglich eines von der Allrad-Fahrstrategie vorgegebenen Sollmoments auf eine erste angetriebene Achse und das Sollmoment auf eine zweite angetriebene Achse übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn definierte Betriebsbedingungen des Antriebsstrangs erfüllt sind, zur Vermeidung einer thermischen Überbeanspruchung der Kupplung des Allradverteilers ein vom Antriebsaggregat bereitgestelltes Moment und/oder das von der Allrad-Fahrstrategie vorgegebene Sollmoment begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Antriebsaggregat bereitgestellte Moment dann begrenzt wird, wenn eine Kühlmittelmenge zur Kühlung der Kupplung des Allradverteilers einen Kühlmittelgrenzwert unterschreitet und/oder der Schlupf an der Kupplung einen Schlupfgrenzwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelmenge zur Kühlung der Kupplung des Allradverteilers errechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlupf an der Kupplung über gemessene Raddrehzahlen bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Allrad-Fahrstrategie vorgegebene Sollmoment dann begrenzt wird, wenn eine Temperatur der Kupplung des Allradverteilers einen ersten Kupplungstemperaturgrenzwert überschreitet und/oder eine Getriebesumpftemperatur einen ersten Getriebesumpftemperaturgrenzwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Kupplung des Allradverteilers errechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebesumpftemperatur gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Temperatur der Kupplung des Allradverteilers den ersten Kupplungstemperaturgrenzwert und/oder die Getriebesumpftemperatur den ersten Getriebesumpftemperaturgrenzwert überschreitet, zusätzlich eine Fahrzeugstabilisierung aktiviert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Temperatur der Kupplung einen zweiten Kupplungstemperaturgrenzwert, der größer als der erste Kupplungstemperaturgrenzwert ist, überschreitet und/oder die Getriebesumpftemperatur einen zweiten Getriebesumpftemperaturgrenzwert, der größer als der erste Getriebesumpftemperaturgrenzwert ist, überschreitet, die Kupplung des Allradverteilers geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Temperatur der Kupplung den zweiten Kupplungstemperaturgrenzwert und/oder die Getriebesumpftemperatur den zweiten Getriebesumpftemperaturgrenzwert überschreitet, zusätzlich eine Fahrzeugstabilisierung aktiviert wird.