DE102009031500A1

DE102009031500A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Steuern einer Allradkupplung

Info

Publication number: DE102009031500A1
Application number: DE102009031500A
Authority: DE
Inventors: Martin Parigger; Georg Gottsberger; Martin Kiessner-Haiden
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2009-07-02
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2029-07-03
Also published as: DE102009031500B4

Abstract

Eine Allradkupplung ist in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnet, welcher eine zwischen einem Fahrzeugmotor und einem Schaltgetriebe vorgesehene Hauptkupplung umfasst, wobei ein Teil eines Antriebsmoments des Fahrzeugmotors permanent auf eine Primärachse des Kraftfahrzeugs übertragen wird und mittels der Allradkupplung wahlweise ein Teil des Antriebsmoments auf eine Sekundärachse des Kraftfahrzeugs übertragen wird. Gemäß einer vorbestimmten Steuerstrategie wird in Abhängigkeit von Fahrzustandsparametern ein erwünschter Kupplungsmomentwert der Allradkupplung ermittelt und die Allradkupplung wird gemäß dem ermittelten Kupplungsmomentwert gesteuert. Es wird ermittelt, ob ein Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist, wobei zumindest ein Betriebszustand der Hauptkupplung berücksichtigt wird. Die Allradkupplung wird gemäß einem zeitweise verringerten Kupplungsmomentwert gesteuert, falls die Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Allradkupplung, die in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist, welcher eine zwischen einem Fahrzeugmotor und einem Schaltgetriebe vorgesehene Hauptkupplung umfasst, wobei ein Teil des Antriebsmoments des Fahrzeugmotors permanent auf eine Primärachse des Kraftfahrzeugs übertragen wird und mittels der Allradkupplung wahlweise ein Teil des Antriebsmoments auf eine Sekundärachse des Kraftfahrzeugs übertragen wird. Hierbei wird gemäß einer vorbestimmten Steuerstrategie in Abhängigkeit von Fahrzustandsparametern ein erwünschter Kupplungsmomentwert der Allradkupplung ermittelt und die Allradkupplung wird gemäß dem ermittelten Kupplungsmomentwert gesteuert. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Steuern einer Allradkupplung der vorgenannten Art.
Eine derartige Allradkupplung dient zum steuerbaren Übertragen variabler Anteile des Antriebsmoments auf eine Primärachse und eine Sekundärachse des Kraftfahrzeugs. Bei einem so genannten ”torque on demand”-Verteilergetriebe sind die Räder der Primärachse permanent angetrieben, während mittels der genannten Allradkupplung ein Teil des Antriebsmoments bedarfsweise auf die Räder der Sekundärachse übertragen werden kann. Je nach Anwendung kann die Vorderachse oder die Hinterachse eines Kraftfahrzeugs als Primärachse vorgesehen sein. Die Allradkupplung umfasst typischerweise eine Reibungskupplung und einen Aktuator zum Betätigen der Reibungskupplung. Die Reibungskupplung ist üblicherweise eine Lamellenkupplung, d. h. eine Mehrscheibenkupplung.
Der Aktuator kann insbesondere einen Elektromotor aufweisen. Alternativ kann auch ein elektromagnetischer, ein hydraulischer oder ein elektrohydraulischer Aktuator vorgesehen sein.
Das Kupplungsmoment der Allradkupplung, also das von der zugehörigen Reibungskupplung übertragene Drehmoment, wird üblicherweise in Abhängigkeit von der jeweiligen Fahrsituation variabel eingestellt. Der Wert des gewünschten einzustellenden Kupplungsmoments wird auf Grundlage von erfassten Parametern, wie z. B. der Raddrehzahlen oder der Gierrate, im Sinne eines optimalen Traktionsvermögens des Kraftfahrzeugs festgelegt. Dieser Wert kann dann beispielsweise einem Kupplungsregler, d. h. einer Kupplungssteuereinheit, als Sollwert übermittelt werden.
Hierbei besteht das Problem, dass es in bestimmten Situationen zu einer kurzzeitigen Überhöhung des Kupplungsmoments kommen kann, also zu einem Anstieg des tatsächlich übertragenen Drehmoments über den erwünschten Kupplungsmomentwert hinaus. Ursache für derartige Überhöhungen sind insbesondere Massenträgheitseffekte in Bezug auf die rotierenden Komponenten zwischen der Allradkupplung und der Sekundärachse. Derartige Massenträgheitseffekte kommen vor allem bei einem abrupten Einwirken des Antriebsmoments oder zu Beginn eines Durchrutschens der Reibungskupplung zum Tragen. Kurzzeitige Kupplungsmomentüberhöhungen dieser Art, welche auch als Überschwinger bezeichnet werden, treten somit insbesondere bei so genannten Missbrauchsanfahrten auf. Dies ist beispielsweise möglich, wenn der zwischen den Rädern und dem Untergrund der Primärachse wirksame Reibwert relativ niedrig und der zwischen den Rädern und dem Untergrund der Sekundärachse wirksame Reibwert relativ hoch ist. Wenn in einer derartigen Situation die Hauptkupplung abrupt eingerückt wird, kommt es zu einem Einkuppelstoß, welcher Antriebsstrangschwingungen mit entsprechenden Momentüberhöhungen verursacht. Wenn nun der gemäß der vorbestimmten Steuerstrategie ermittelte Kupplungsmomentwert (z. B. Sollwert für den Kupplungsregler) bereits der Belastungsgrenze der Antriebsstrangkomponenten der Sekundärachse entspricht, so kann die dynamische Überhöhung des tatsächlich übertragenen Drehmoments zu einer Überlastung oder Beschädigung dieser Komponenten führen.
Um die Antriebsstrangkomponenten vor einer derartigen Überlastung oder Beschädigung zu schützen, könnte im Rahmen der Kupplungssteuerung eine gewisse Sicherheitsreserve in Bezug auf den Sollwert des Kupplungsmoments eingeplant werden. Das heißt der ermittelte erwünschte Kupplungsmomentwert könnte innerhalb der vorbestimmten Steuerstrategie grundsätzlich auf einen Maximalwert begrenzt werden, der so weit unter der Belastungsgrenze liegt, dass diese auch bei kurzzeitigen Momentenüberschwingern oder -spitzen nicht überschritten wird. Allerdings hat diese Vorgehensweise den Nachteil, dass das Traktionsvermögen des Fahrzeugs entsprechend abnimmt. Ferner läge ein erhöhter Schlupf an der Allradkupplung vor, durch welchen die thermische Belastung ansteigen würde.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, dynamische Effekte wie Momentenüberschwinger und -spitzen im Antriebsstrang zu minimieren und dabei gleichzeitig ein möglichst hohes Traktionsvermögen zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Steuern einer Allradkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, und insbesondere durch die folgenden Schritte:

– Ermitteln, ob ein Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist, wobei zumindest ein Betriebszustand der Hauptkupplung berücksichtigt wird; und
– Steuern der Allradkupplung gemäß einem zeitweise verringerten Kupplungsmomentwert, falls das Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist.

Im Rahmen der Erfindung wurde insbesondere erkannt, dass belastungskritische Fahrsituationen mit der Gefahr von Momentenüberschwingern eher selten auftreten und somit eine bedarfsweise, kurzfristige Korrektur des Sollwerts des Kupplungsmoments insgesamt zu keiner wesentlichen Beeinträchtigung der Allradfunktion führt. Erfindungsgemäß wird daher während des Betriebs der Allradkupplung fortlaufend geprüft, ob ein risikobehafteter Betriebszustand (so genanntes Einkuppelstoß-Risikokriterium) vorliegt. Nur dann, wenn ein derartiger Ausnahmezustand detektiert wird, wird der erwünschte Kupplungsmomentwert in Abweichung von der vorbestimmten Steuerstrategie (d. h. der bei Normalbedingungen wirksamen Steuerstrategie) durch einen verringerten Sollwert ersetzt.
Der Vorteil dieser Vorgehensweise liegt insbesondere darin, dass die genannte vorbestimmte Steuerstrategie der Kupplungssteuerung an die vorwiegend zu erwartenden Normalbedingungen angepasst sein kann, um hierfür ein optimales Traktionsvermögen zu gewährleisten. Der erwünschte Kupplungsmomentwert, also der Sollwert des Kupplungsmoments, wird lediglich bei Vorliegen eines so genannten Einkoppelstoß-Risikokriteriums vorübergehend überschrieben und auf diese Weise für eine kurze Zeitdauer abgesenkt.
Die aktuellen Reibwerte an der Primärachse und der Sekundärachse sind im Allgemeinen nicht bekannt, so dass es schwierig ist, bevorstehende Missbrauchsanfahrten sensorisch zu erfassen. Erfindungsgemäß wird daher geprüft, ob im Rahmen des aktuellen Betriebszustands des Fahrzeugs ein Risiko für einen Einkuppelstoß besteht. Das Vorliegen eines derartigen Risikos kann in vorteilhafter Weise anhand des einfach zu prüfenden Betriebszustands der Hauptkupplung und optional weiterer Bedingungen ermittelt werden.
Für das Ermitteln, ob ein Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist, kann ferner beispielsweise eine Motordrehzahl und/oder eine Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt werden. Informationen über die aktuelle Motordrehzahl bzw. Fahrzeuggeschwindigkeit liegen üblicherweise ohnehin vor und können somit vorteilhaft zum Erkennen einer Risikosituation genutzt werden. Beispielsweise ist bei einer geringen Motordrehzahl oder einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit ein Einkuppelstoß eher nicht zu befürchten.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden für das Ermitteln, ob ein Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist, zumindest zwei aus folgenden Risikobedingungen überprüft:

a) ob sich die Hauptkupplung in einem ausgerückten Zustand befindet,
b) ob die Motordrehzahl einen vorbestimmten Drehzahl-Schwellwert überschreitet, oder
c) ob die Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorbestimmten Geschwindigkeits-Schwellwert unterschreitet.

Hierbei wird festgestellt, dass ein Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist, wenn die zumindest zwei Risikobedingungen erfüllt sind, beispielsweise die Risikobedingungen a) und b) und c), oder die Risikobedingungen a) und b), die Risikobedingungen a) und c). Anhand der Risikobedingungen a) bis c) kann insbesondere eine Situation erkannt werden, in welcher eine erhöhte Gefahr für einen Einkuppelstoß besteht, d. h. in welcher davon auszugehen ist, dass ein Einkuppelstoß bevorsteht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden für das Ermitteln, ob ein Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist, zumindest zwei aus folgenden Risikobedingungen überprüft:

d) ob sich die Hauptkupplung in einem zumindest teilweise eingerückten Zustand befindet und die verstrichene Zeitdauer seit Einnehmen des zumindest teilweise eingerückten Zustands einen vorbestimmten Zeitdauer-Schwellwert nicht überschreitet,
e) ob die Motordrehzahl abfällt und der Gradient des Abfalls einen vorbestimmten Gradienten-Schwellwert überschreitet,
f) ob das Verhältnis aus Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl der Hauptkupplung einen vorbestimmten Überhöhungs-Schwellwert überschreitet, oder
g) ob die Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorbestimmten Geschwindigkeits-Schwellwert unterschreitet.

Hierbei wird festgestellt, dass ein Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist, wenn die zumindest zwei Risikobedingungen erfüllt sind, beispielsweise die Risikobedingungen d) und e) und f) und g), oder die Risikobedingungen d) und e) und f), oder die Risikobedingungen f) und g). Das Vorliegen der Risikobedingungen d) bis g) weist darauf hin, dass gerade ein Einkuppelstoß auftritt. Anhand der Risikobedingungen d) bis g) kann also der Beginn eines Einkuppelstoßes erkannt werden.
Die vorgenannte Risikobedingung f) entspricht einem überhöhten Verhältnis aus Motordrehzahl und Getriebeeingangsdrehzahl, insbesondere bei eingelegter erster Gangstufe, beispielsweise um einen Faktor 5.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird während des Steuerns der Allradkupplung gemäß dem verringerten Kupplungsmomentwert ermittelt, ob eine Rückkehrbedingung erfüllt ist, und das Steuern der Allradkupplung gemäß dem verringerten Kupplungsmomentwert wird beendet, falls wenigstens eine der folgenden Rückkehrbedingungen erfüllt ist:

h) seit einem Beginn des Steuerns der Allradkupplung gemäß dem verringerten Kupplungsmomentwert ist eine vorbestimmte Zeitdauer überschritten;
i) eine Zeitdauer, während der eine vorbestimmte Drehzahldifferenz zwischen der Primärachse und der Sekundärachse vorliegt, überschreitet einen vorbestimmten Schwellwert;
j) die Fahrzeuggeschwindigkeit überschreitet einen vorbestimmten Schwellwert; oder
k) eine Zeitdauer, während der sich der Betriebszustand der Hauptkupplung nicht ändert, überschreitet einen vorbestimmten Schwellwert.

Der Betrieb der Allradkupplung gemäß dem verringerten Kupplungsmomentwert wird also beendet, sobald der Einkuppelstoß oder die unmittelbare Gefahr eines bevorstehenden Einkuppelstoßes vorüber ist, um so das Traktionsvermögen des Fahrzeugs nicht unnötig zu verschlechtern.
Das Steuern der Allradkupplung gemäß dem verringerten Kupplungsmomentwert kann beendet werden, indem der verringerte Kupplungsmomentwert allmählich auf den ermittelten Kupplungsmomentwert gemäß der vorbestimmten, d. h. bei Normalbedingungen gültigen Steuerstrategie angehoben wird. Das heißt also der Übergang von dem verringerten Kupplungsmomentwert auf den höheren erwünschten Kupplungsmomentwert erfolgt rampenartig (kontinuierlich oder in diskreten Schritten), um so einen Ruck zu vermeiden. In bestimmten Situationen kann auch ein relativ schneller rampenartiger Übergang vorgesehen sein, um z. B. nach Beendigung eines Einkuppelstoßes möglichst rasch wieder zum Normalbetrieb der Kupplungssteuerung zurückzukehren.
Für das Berücksichtigen des Betriebszustands der Hauptkupplung kann eine Stellung eines Kupplungspedals ermittelt werden. Die Stellung des Kupplungspedals eines Fahrzeugs ist mittels geeigneter Sensoren einfach zu erfassen.
Die Allradkupplung kann gemäß einem gegenüber einem Belastungsgrenzwert der Antriebsstrangkomponenten abgesenkten Kupplungsmomentwert gesteuert werden, falls das Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist. Es wird auf diese Weise ein Pufferbereich geschaffen, welcher eine Reserve zum Auffangen oder Kompensieren von kurzzeitigen Momentenüberhöhungen bereitstellt.
Der zeitweise verringerte Kupplungsmomentwert kann insbesondere bezüglich eines Maximalwerts des einstellbaren Kupplungsmomentwerts der Allradkupplung verringert sein. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass das tatsächliche Kupplungsmoment auch bei kurzzeitiger Überschreitung des erwünschten Kupplungsmomentwerts niemals den kritischen Maximalwert überschreitet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der erwünschte Kupplungsmomentwert in einer Hauptsteuereinheit des Fahrzeugs ermittelt, wobei der ermittelte Kupplungsmomentwert in einer hiervon separaten Zwischensteuereinheit verringert wird und wobei die Allradkupplung von einer separaten Kupplungssteuereinheit gemäß dem verringerten Kupplungsmomentwert gesteuert wird. Bei der genannten Hauptsteuereinheit des Fahrzeugs kann es sich beispielsweise um einen Fahrdynamikregler oder um ein elektronisches Stabilitätssystem, beispielsweise ein ABS/ESP-Steuergerät, handeln. Der Eingriff in die Steuerung der Allradkupplung erfolgt dann mittels eines eigenständigen Steuergeräts, nämlich der Zwischensteuereinheit, welche im Bedarfsfall den Sollwert für das Kupplungsmoment modifiziert und den modifizierten Wert der Kupplungssteuereinheit als Eingabe bereitstellt. Es ist dann keine aufwändige Änderung der Kupplungssteuerstrategie notwendig und eine Kupplungssteuereinheit von üblicher Bauart kann verwendet werden. Die Zwischensteuereinheit kann beispielsweise als Vermittlungseinrichtung oder Gateway zwischen einem Fahrzeug-Bussystem, beispielsweise einem CAN-Bus, und der Kupplungssteuereinheit ausgebildet sein.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum Steuern einer Allradkupplung, die in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist, welcher eine zwischen einem Fahrzeugmotor und einem Schaltgetriebe vorgesehene Hauptkupplung umfasst, wobei ein Teil des Antriebsmoments des Fahrzeugmotors permanent auf eine Primärachse des Kraftfahrzeugs übertragen wird und mittels der Allradkupplung wahlweise ein Teil des Antriebsmoments auf eine Sekundärachse des Kraftfahrzeugs übertragen wird, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, gemäß einer vorbestimmten Steuerstrategie in Abhängigkeit von Fahrzustandsparametern einen erwünschten Kupplungsmomentwert der Allradkupplung zu ermitteln und die Allradkupplung gemäß dem ermittelten Kupplungsmomentwert zu steuern, wobei die Vorrichtung ferner dazu ausgebildet ist, unter Berücksichtigung zumindest eines Betriebszustands der Hauptkupplung zu ermitteln, ob ein Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist, und die Allradkupplung gemäß einem zeitweise verringerten Kupplungsmomentwert zu steuern, falls das Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist. Eine derartige Steuervorrichtung kann insbesondere eine einzige Einheit oder mehrere Untereinheiten umfassen, wie vorstehend erläutert (z. B. Hauptsteuereinheit, Zwischensteuereinheit und Kupplungssteuereinheit).
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft erläutert.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs.
2 zeigt eine schematische Ansicht einer Allradkupplung.
3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern einer Allradkupplung.
1 zeigt schematisch einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit zuschaltbarem Allradantrieb. Das von einem Verbrennungsmotor 11 erzeugte Antriebsmoment wird über eine Hauptkupplung 12 und ein Hauptgetriebe 13 einer Allradkupplung 15 zugeführt. Ein erster Ausgang der Allradkupplung 15 ist über eine Kardanwelle 17 mit einem Hinterachs-Differentialgetriebe 19 gekoppelt. Hierdurch werden die Räder 21 der Hinterachse 23 permanent angetrieben. Die Hinterachse 23 bildet somit die Primärachse des Fahrzeugs. Ein zweiter Ausgang der Allradkupplung 15 ist über eine Kardanwelle 25 mit einem Vorderachs-Differentialgetriebe 27gekoppelt. Hierdurch kann ein Teil des Antriebsmoments des Verbrennungsmotors 11 wahlweise auf die Räder 29 der Vorderachse 31 übertragen werden. Die Vorderachse 31 bildet somit die Sekundärachse des Fahrzeugs.
Ferner ist in 1 eine Fahrdynamik-Regelungseinheit 33 gezeigt. Diese ist mit Raddrehzahl-Sensoren 35, 37 verbunden, die den Rädern 21 der Hinterachse 23 bzw. den Rädern 29 der Vorderachse 31 zugeordnet sind. Die Fahrdynamik-Regelungseinheit 33 ist auch noch mit weiteren Sensoren 39 verbunden, beispielsweise einem Gierraten-Sensor. In Abhängigkeit von den Signalen der Sensoren 35, 37, 39 erzeugt die Fahrdynamik-Regelungseinheit 33 ein Steuersignal, welches einer Steuereinrichtung 34 der Allradkupplung 15 zugeführt wird, um hierdurch eine bestimmte Verteilung des Antriebsmoments zwischen den beiden Achsen 23, 31 des Fahrzeugs einzustellen. Bei dem genannten Steuersignal handelt es sich insbesondere um einen Sollwert eines Kupplungsmoments, d. h. um eine Drehmomentanforderung für die Allradkupplung 15. Zwischen die Fahrdynamik-Regelungseinheit 33 und die Steuereinrichtung 34 der Allradkupplung 15 ist eine Zwischensteuereinheit 36 geschaltet, welche die Drehmomentanforderung von der Fahrdynamik-Regelungseinheit 33 empfängt und nach einer bedarfsweisen Modifizierung, die nachstehend noch genauer beschrieben wird, an die Steuereinrichtung 34 der Allradkupplung 15 übermittelt.
2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Allradkupplung 15 gemäß 1. Die Allradkupplung 15 besitzt eine Eingangswelle 41, eine erste Ausgangswelle 43 und eine zweite Ausgangswelle 45. Die erste Ausgangswelle 43 ist koaxial zu der Eingangswelle 41 und mit dieser drehfest – vorzugsweise einstückig – ausgebildet. Die zweite Ausgangswelle 45 ist parallel versetzt zu der Eingangswelle 41 angeordnet.
Die Allradkupplung 15 besitzt eine Kupplungseinheit 47 mit einer Reibungskupplung 49 und einem Aktuator 51. Die Reibungskupplung 49 weist einen Kupplungskorb 53 auf, der drehfest mit der Eingangswelle 41 und der ersten Ausgangswelle 43 verbunden ist und mehrere Kupplungslamellen trägt. Ferner besitzt die Reibungskupplung 49 eine drehbar gelagerte Kupplungsnabe 55, die ebenfalls mehrere Kupplungslamellen trägt, welche in einer alternierenden Anordnung in die Lamellen des Kupplungskorbs 53 eingreifen. Die Kupplungsnabe 55 ist drehfest mit einem Antriebszahnrad 57 eines Kettentriebs 59 verbunden. Ein Abtriebszahnrad 61 des Kettentriebs 59 ist drehfest mit der zweiten Ausgangswelle 45 verbunden. Anstelle des Kettentriebs 59 kann ein Rädertrieb vorgesehen sein, beispielsweise mit einem Zwischenzahnrad zwischen den genannten Zahnrädern 57, 61.
Durch Betätigung des Aktuators 51 im Einrücksinn der Reibungskupplung 49 kann ein zunehmender Anteil des über die Eingangswelle 41 in die Allradkupplung 15 eingeleiteten Antriebsmoments auf die zweite Ausgangswelle 45 übertragen werden.
Unter Bezugnahme auf 3 wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern der Allradkupplung 15 beispielhaft erläutert.
In einem Schritt S1 wird die Allradkupplung 15 durch die Steuereinrichtung 34 gemäß dem erwünschten Kupplungsmomentwert, also der unmodifizierten durch die Fahrdynamik-Regelungseinheit 33 ermittelten Drehmomentanforderung, gesteuert. In einem Schritt S2 wird von der Zwischensteuereinheit 36 fortlaufend geprüft, ob Risikobedingungen erfüllt sind. Beispielsweise kann anhand von Parametern, welche über einen Datenbus oder durch die Fahrdynamik-Regelungseinheit 33 bereitgestellt werden, geprüft werden, ob sich die Hauptkupplung 12 in einem ausgerückten Zustand befindet, ob die Motordrehzahl einen vorbestimmten Drehzahl-Schwellwert überschreitet und ob die Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorbestimmten Geschwindigkeits-Schwellwert unterschreitet. Sofern die Risikobedingungen nicht erfüllt sind, erfolgt ein Rücksprung zu dem Schritt S1. Sofern die Risikobedingungen in dem Schritt S2 erfüllt sind, wird in einem Schritt S3 festgestellt, dass ein Risiko für einen Einkuppelstoß besteht. Die Allradkupplung 15 wird daher in einem Schritt S4 gemäß einem gegenüber der Drehmomentanforderung verringerten Kupplungsmomentwert gesteuert. Dies bedeutet, dass die Zwischensteuereinheit 36 den von der Fahrdynamik-Regelungseinheit 33 vorgegebenen Kupplungsmomentwert verringert und den verringerten Wert als Sollwert an die Allradkupplung-Steuereinrichtung 34 übermittelt, die diesen Wert entsprechend einregelt.
In einem Schritt S5 wird fortlaufend geprüft, ob eine Rückkehrbedingung erfüllt ist. Beispielsweise kann geprüft werden, ob seit einem Beginn des Steuerns der Allradkupplung 15 gemäß dem verringerten Kupplungsmomentwert eine vorbestimmte Zeitdauer überschritten ist. Sofern die Rückkehrbedingung nicht erfüllt ist, erfolgt ein Rücksprung zu dem Schritt S4, d. h. die Allradkupplung 15 wird weiterhin gemäß dem verringerten Kupplungsmomentwert gesteuert. Sofern in dem Schritt S5 die Rückkehrbedingung erfüllt ist, erfolgt ein Rücksprung zu dem Schritt S1, d. h. die Allradkupplung 15 wird wieder gemäß dem unverringerten erwünschten Kupplungsmomentwert gesteuert. Mit anderen Worten wird der verringerte Wert von der Zwischensteuereinheit 36 wieder auf die ermittelte Drehmomentanforderung hochgesetzt.
Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Allradkupplung 15 nicht unnötig häufig mit relativ hohem Schlupf betrieben wird und dass das Traktionsvermögen des Fahrzeugs nicht unnötig häufig eingeschränkt wird. Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens kann somit die Leistungsfähigkeit der Allradkupplung 15 insgesamt gesteigert werden, ohne jedoch die Komponenten des Antriebsstrangs mit einer erhöhten Festigkeitsreserve und somit einem unerwünscht hohen Gewicht auszulegen.
Es ist noch anzumerken, dass die Funktionalität der Zwischensteuereinheit 36 natürlich auch in die Fahrdynamik-Regelungseinheit 33 integriert sein kann, d. h. es sind keine separaten Einheiten 33, 34, 36 erforderlich.
Bezugszeichenliste

11: Verbrennungsmotor
12: Hauptkupplung
13: Hauptgetriebe
15: Allradkupplung
17: Kardanwelle
19: Hinterachs-Differentialgetriebe
21: Rad
23: Hinterachse
25: Kardanwelle
27: Vorderachs-Differentialgetriebe
29: Rad
31: Vorderachse
33: Fahrdynamik-Regelungseinheit
34: Steuereinrichtung
35: Raddrehzahl-Sensor
36: Zwischensteuereinheit
37: Raddrehzahl-Sensor
39: Sensor
41: Eingangswelle
43: erste Ausgangswelle
45: zweite Ausgangswelle
47: Kupplungseinheit
49: Reibungskupplung
51: Aktuator
53: Kupplungskorb
55: Kupplungsnabe
57: Antriebszahnrad
59: Kettentrieb
61: Abtriebszahnrad

Claims

Verfahren zum Steuern einer Allradkupplung (15), die in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist, welcher eine zwischen einem Fahrzeugmotor (11) und einem Schaltgetriebe (13) vorgesehene Hauptkupplung (12) umfasst, wobei ein Teil eines Antriebsmoments des Fahrzeugmotors (11) permanent auf eine Primärachse (23) des Kraftfahrzeugs übertragen wird und mittels der Allradkupplung (15) wahlweise ein Teil des Antriebsmoments auf eine Sekundärachse (31) des Kraftfahrzeugs übertragen wird, wobei gemäß einer vorbestimmten Steuerstrategie in Abhängigkeit von Fahrzustandsparametern ein erwünschter Kupplungsmomentwert der Allradkupplung (15) ermittelt wird und die Allradkupplung (15) gemäß dem ermittelten Kupplungsmomentwert gesteuert wird, gekennzeichnet durch die Schritte: – Ermitteln, ob ein Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist, wobei zumindest ein Betriebszustand der Hauptkupplung (12) berücksichtigt wird; und – Steuern der Allradkupplung (15) gemäß einem zeitweise verringerten Kupplungsmomentwert, falls das Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei für das Ermitteln, ob ein Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist, ferner eine Motordrehzahl und/oder eine Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei für das Ermitteln, ob ein Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist, zumindest die folgenden Risikobedingungen überprüft werden: a) ob sich die Hauptkupplung (12) in einem ausgerückten Zustand befindet, und b) ob die Motordrehzahl einen vorbestimmten Drehzahl-Schwellwert überschreitet, und c) ob die Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorbestimmten Geschwindigkeits-Schwellwert unterschreitet, wobei festgestellt wird, dass ein Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist, wenn zumindest die Risikobedingungen a), b) und c) erfüllt sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei für das Ermitteln, ob ein Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist, zumindest die folgenden Risikobedingungen überprüft werden: a) ob sich die Hauptkupplung (12) in einem ausgerückten Zustand befindet, und b) ob die Motordrehzahl einen vorbestimmten Drehzahl-Schwellwert überschreitet, wobei festgestellt wird, dass ein Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist, wenn zumindest die Risikobedingungen a) und b) erfüllt sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei für das Ermitteln, ob ein Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist, zumindest die folgenden Risikobedingungen überprüft werden: a) ob sich die Hauptkupplung (12) in einem ausgerückten Zustand befindet, und c) ob die Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorbestimmten Geschwindigkeits-Schwellwert unterschreitet, wobei festgestellt wird, dass ein Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist, wenn zumindest die Risikobedingungen a) und c) erfüllt sind.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei für das Ermitteln, ob ein Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist, zumindest die folgenden Risikobedingungen überprüft werden: d) ob sich die Hauptkupplung (12) in einem zumindest teilweise eingerückten Zustand befindet und die verstrichene Zeitdauer seit Einnehmen des zumindest teilweise eingerückten Zustands einen vorbestimmten Zeitdauer-Schwellwert nicht überschreitet, und e) ob die Motordrehzahl abfällt und der Gradient des Abfalls einen vorbestimmten Gradienten-Schwellwert überschreitet, und f) ob das Verhältnis aus Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl der Hauptkupplung (12) einen vorbestimmten Überhöhungs-Schwellwert überschreitet, und g) ob die Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorbestimmten Geschwindigkeits-Schwellwert unterschreitet, wobei festgestellt wird, dass ein Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist, wenn zumindest die Risikobedingungen d), e), f) und g) erfüllt sind.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei für das Ermitteln, ob ein Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist, zumindest die folgenden Risikobedingungen überprüft werden: f) ob das Verhältnis aus Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl der Hauptkupplung (12) einen vorbestimmten Überhöhungs-Schwellwert überschreitet, und g) ob die Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorbestimmten Geschwindigkeits-Schwellwert unterschreitet, wobei festgestellt wird, dass ein Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist, wenn zumindest die Risikobedingungen f) und g) erfüllt sind.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei für das Ermitteln, ob ein Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist, zumindest die folgenden Risikobedingungen überprüft werden: d) ob sich die Hauptkupplung (12) in einem zumindest teilweise eingerückten Zustand befindet und die verstrichene Zeitdauer seit Einnehmen des zumindest teilweise eingerückten Zustands einen vorbestimmten Zeitdauer-Schwellwert nicht überschreitet, und e) ob die Motordrehzahl abfällt und der Gradient des Abfalls einen vorbestimmten Gradienten-Schwellwert überschreitet, und f) ob das Verhältnis aus Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl der Hauptkupplung (12) einen vorbestimmten Überhöhungs-Schwellwert überschreitet, wobei festgestellt wird, dass ein Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist, wenn zumindest die Risikobedingungen d), e) und f) erfüllt sind.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei während des Steuerns der Allradkupplung (15) gemäß dem verringerten Kupplungsmomentwert ermittelt wird, ob eine Rückkehrbedingung erfüllt ist, und das Steuern der Allradkupplung (15) gemäß dem verringerten Kupplungsmomentwert beendet wird, falls wenigstens eine der folgenden Rückkehrbedingungen erfüllt ist: h) seit einem Beginn des Steuerns der Allradkupplung (15) gemäß dem verringerten Kupplungsmomentwert ist eine vorbestimmte Zeitdauer überschritten; i) eine Zeitdauer, während der eine vorbestimmte Drehzahldifferenz zwischen der Primärachse (23) und der Sekundärachse (31) vorliegt, überschreitet einen vorbestimmten Schwellwert; j) die Fahrzeuggeschwindigkeit überschreitet einen vorbestimmten Schwellwert; k) eine Zeitdauer, während der sich der Betriebszustand der Hauptkupplung (12) nicht ändert, überschreitet einen vorbestimmten Schwellwert.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Steuern der Allradkupplung (15) gemäß dem verringerten Kupplungsmomentwert beendet wird, indem der verringerte Kupplungsmomentwert allmählich auf den ermittelten Kupplungsmomentwert angehoben wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei für das Berücksichtigen des Betriebszustandes der Hauptkupplung (12) eine Stellung eines Kupplungspedals ermittelt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Allradkupplung (15) gemäß einem gegenüber einem Belastungsgrenzwert von Antriebsstrangkomponenten abgesenkten Kupplungsmomentwert gesteuert wird, falls das Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zeitweise verringerte Kupplungsmomentwert bezüglich eines Maximalwerts des einstellbaren Kupplungsmomentwerts der Allradkupplung (15) verringert ist.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erwünschte Kupplungsmomentwert in einer Hauptsteuereinheit (33) des Fahrzeugs ermittelt wird, und wobei der ermittelte Kupplungsmomentwert in einer Zwischensteuereinheit (36) verringert wird, und wobei die Allradkupplung (15) von einer Kupplungssteuereinheit (34) gemäß dem verringerten Kupplungsmomentwert gesteuert wird.
Vorrichtung zum Steuern einer Allradkupplung (15), die in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist, welcher eine zwischen einem Fahrzeugmotor (11) und einem Schaltgetriebe (13) vorgesehene Hauptkupplung (12) umfasst, wobei ein Teil eines Antriebsmoments des Fahrzeugmotors (11) permanent auf eine Primärachse (23) des Kraftfahrzeugs übertragen wird und mittels der Allradkupplung (15) wahlweise ein Teil des Antriebsmoments auf eine Sekundärachse (31) des Kraftfahrzeugs übertragen wird, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, gemäß einer vorbestimmten Steuerstrategie in Abhängigkeit von Fahrzustandsparametern einen erwünschten Kupplungsmomentwert der Allradkupplung (15) zu ermitteln und die Allradkupplung (15) gemäß dem ermittelten Kupplungsmomentwert zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner dazu ausgebildet ist, unter Berücksichtigung zumindest eines Betriebszustands der Hauptkupplung (12) zu ermitteln, ob ein Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist; und die Allradkupplung (15) gemäß einem zeitweise verringerten Kupplungsmomentwert zu steuern, falls das Einkuppelstoß-Risikokriterium erfüllt ist.