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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft allgemein einen Differenzialmechanismus, der Drehenergie auf die Räder eines Kraftfahrzeugs überträgt.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Eine Sperrkupplung kann in einem Differenzialmechanismus verwendet werden, um eines der Seitenräder und seine Achswelle gegen Drehung bezüglich des Differenzialträgers zu sichern, wodurch Traktion der angetriebenen Räder, denen durch das Differenzial Energie zugeführt wird, verbessert wird.
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Bei Betätigung verbindet ein elektronisches Sperrdifferenzial (ELD - electronic locking differential) ein Seitenrad mechanisch mit dem Differenzialgehäuse unter Verwendung eines elektrisch gesteuerten Verriegelungsmechanismus, in der Regel einer Klauenkupplung.
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Wenn die Kupplung eingerückt ist, verhindert das elektronische Sperrdifferenzial relative Geschwindigkeitsdifferenziale an den gesteuerten Rädern und überträgt das ganze Motorverbrennungsmoment, das durch die Getriebe- und Achsmomentverhältnisse verstärkt und durch Leistungs- und Drehverluste verringert ist, auf die gesteuerten Räder.
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Bei eingerücktem elektronischem Sperrdifferenzial ist das maximale Achs-/Transaxle-Eingangsmoment (AIT - axle/transaxle input torque) auf das kombinierte Rutschmoment der gesteuerten Räder beschränkt.
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Bei eingerücktem elektronischem Sperrdifferenzial bei Fahren in der Kurve ist das Drehmoment an dem Differenzial das Delta zwischen dem linken und rechten Achswellenmoment und wird durch die eingerückte Klauenkupplung begrenzt. Das Drehmomentdelta ist eine Funktion des Reibflächenkoeffizienten, des Wenderadius der Reifenoberfläche und des maximalen Fahrzeugbruttogewichts.
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Beispielweise offenbart die
DE 38 40 004 A1 ein Verfahren zum Steuern einer Kupplung eines elektronischen Sperrdifferenzials für ein Fahrzeug. Dieses Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- Ermitteln entweder, ob die Geschwindigkeit des Fahrzeugs größer ist als eine Bezugsgeschwindigkeit oder ob ein gewünschter Zustand der Kupplung ein ausgerückter Zustand ist,
- Ermitteln, ob ein Winkelversatz eines Lenkrads von einer zentrierten Position geringer ist als ein erster Bezugswinkel, und
- Ausrücken der Kupplung.
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Die
DE 42 92 208 C2 offenbart eine Steuervorrichtung für eine Differenzialsperre eines Kraftfahrzeuges, wobei die Differenzialsperre durch die Verwendung eines Schalters manuell betätigt wird.
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Die
US 7 111 702 B2 offenbart ein Verfahren zum Steuern eines Differentials, wobei das Einrücken und das Ausrücken der Differentialsperre von dem Lenkgradwinkel abhängen.
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Es besteht Bedarf an einer Steuerstrategie, die erfasst, wann derVerriegelungsmechanismus eines ELD drehmomentgebunden die Raddifferenzialgeschwindigkeit steuern muss und ein schnelles, kontrolliertes Ausrücken des Verriegelungsmechanismus ermöglicht, wenn die Differenzialgeschwindigkeit an den gesteuerten Rädern durch Betätigen der Bremsen unter einer kalibrierten Bezugsgeschwindigkeit abnimmt.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Ein Verfahren zum Steuern einer Kupplung eines elektronischen Sperrdifferenzials für ein Fahrzeug umfasst Ermitteln entweder, ob die Geschwindigkeit des Fahrzeugs größer ist als eine Bezugsgeschwindigkeit oder ob ein gewünschter Zustand der Kupplung ein ausgerückter Zustand ist, Ermitteln, ob ein Winkelversatz eines Lenkrads von einer zentrierten Position geringer ist als ein erster Bezugswinkel, und Ausrücken der Kupplung.
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Wenn weder die Geschwindigkeit des Fahrzeugs größer ist als die Bezugsgeschwindigkeit noch der gewünschte Zustand der Kupplung der ausgerückte Zustand ist und sich der Versatz des Lenkrads von größer als ein zweiter Winkel zu kleiner als der zweite Winkel ändert, wird die Kupplung nach Ablauf einer ersten Zeitdauer ausgerückt.
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Die Steuerung (i) reduziert kumulierende Schäden an dem ELD-Verriegelungsmechanismus, (ii) trägt Torsionsversatz des Verriegelungsmechanismus eines ELD, das Raddifferenzialgeschwindigkeit steuern muss, Rechnung und (iii) ermöglicht ein schnelles, kontrolliertes Ausrücken des Verriegelungsmechanismus, wenn Bedingungen für sein Ausrücken vorliegen. Die Strategie berücksichtigt Differenzialgeschwindigkeit an den angetriebenen Rädern, Lenkradwinkel, Fahrzeuggeschwindigkeit und den Zustand eines manuell betätigten Schalters, der zum Wählen eines gewünschten Zustands des Verriegelungsmechanismus und Differenzials verwendet wird.
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Der Anwendungsumfang der bevorzugten Ausführungsform geht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen hervor. Es versteht sich, dass die Beschreibung und die bestimmten Beispiele zwar die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung angeben, jedoch nur der Veranschaulichung dienen. Für den Fachmann werden verschiedene Änderungen und Modifikationen der beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele offensichtlich.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leichter verständlich. In den Zeichnungen zeigen:
- 1 einen Querschnitt einer elektronischen Sperrdifferenzialanordnung;
- 2 eine perspektivische Seitenansicht des Querschnitts von 1;
- 3 eine perspektivische Ansicht der Differenzialanordnung von 1, die das Differenzialgehäuse, das Seitenrad und den Sicherungsring, die zueinander beabstandet sind, zeigt; und
- 4 ein Logikdiagramm einer Strategie zur Steuerung des Zustands der ELD-Kupplung.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Auf die 1 - 3 Bezug nehmend, enthält ein elektronisch gesteuerter Differenzialmechanismus 8 ein Differenzialgehäuse 10, das konzentrisch um eine Achse 12 angeordnet ist; Rampen 16, 18; ein Seitenrad 22; eine Quelle 24 elektrischer Energie, einen Sicherungsring 26, eine elektronische Steuerung 28 und eine elektromagnetische Spule 30. Die an dem Sicherungsring ausgebildeten Rampen 16 und die an dem Differenzialgehäuse 10 ausgebildeten Rampen 18 sind an drei oder vier Stellen um die Achse 12 winkelförmig beabstandet, so dass jede der Rampen 16 winkelförmig auf eine der Rampen 18 ausgerichtet ist.
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Der Sicherungsring 26 ist mit winkelförmig beabstandeten Stiften 28 ausgebildet, wobei sich jeder Stift axial durch ein Loch in einem in dem Gehäuse 10 ausgebildeten Steg 31 erstreckt, wodurch das Gehäuse 10 und der Sicherungsring 26 zur Drehung als eine Einheit ständig in Eingriff stehen, der Ring sich aber unabhängig von dem Gehäuse axial bewegen kann.
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Des Weiteren ist der Sicherungsring 26 mit winkelförmig beabstandeten Schenkeln 32, wobei jeder Schenkel 32 mit zwei Rampen 16 ausgebildet ist, und Kupplungszähnen 34 ausgebildet. Ebenso ist das Seitenrad 22 mit Kupplungszähnen 36 ausgebildet. Die Zähne 34, 36 des Sicherungsrings 26 und des Seitenrads 22 bilden zusammen eine Kupplung 38, die durch die Spule 30 dahingehend betätigt wird, die Zähne 34, 36 gegenseitig in Eingriff zu bringen, um eine Antriebsverbindung zwischen dem Seitenrad 22 und dem Sicherungsring 26 zu erzeugen. Wenn die Spule 30 deaktiviert wird, rücken die Zähne 34, 36 aus und gestatten, dass sich das Seitenrad 22 und der Sicherungsring unabhängig drehen. Die ausgerichteten Rampen 16, 18 gelangen gegenseitig in Eingriff, wenn die Kupplung 38 in Eingriff gelangt und in Eingriff ist.
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Viele dieser Komponenten der
1 -
3 werden in der
US 7 399 248 B2 dargestellt, auf deren Offenbarung hiermit Bezug genommen wird.
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Wenn die elektromagnetische Spule 30 erregt ist, zwingt sie den Sicherungsring 26 in Axialrichtung entlang der Achse 12 in Eingriff mit dem Seitenrad 22, wodurch das Seitenrad mit dem Differenzialgehäuse 10 mechanisch verbunden wird und eine Differenzialgeschwindigkeit zwischen den Fahrzeugrädern verhindert wird, die durch das Seitenrad 22 und ein anderes (nicht gezeigtes) Seitenrad, das sich auf der gegenüberliegenden Seite eines Differenzials 8 bezüglich der in den 1 - 3 gezeigten Seite befindet, antriebsverbunden sind.
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Wenn die elektromagnetische Spule 30 den Sicherungsring 26 axial teilweise in Eingriff mit dem Seitenrad 22 zwingt, drücken die bezüglich der Achse 12 geneigten Rampen 16, 18 den Sicherungsring 26 in vollen Eingriff mit dem Seitenrad 22. Während des Eingriffs wird Strom von der Quelle 24 elektrischer Energie durch die Steuerung 28 zu der elektromagnetischen Spule 44 geleitet, wodurch die Kraft einer Rückstellfeder überwunden und bewirkt wird, dass sich der Sicherungsring 26 radial verdreht, während er sich in Axialrichtung an der Rampe 18 nach oben bewegt, wodurch der Sicherungsring in Eingriff mit dem Seitenrad 22 gezwungen wird.
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Beim Ausrücken hält die Steuerung 28 den Stromfluss von der Quelle 24 elektrischer Energie zu der elektromagnetischen Spule 30 an. Eine Rückstellfeder 40 drückt den Sicherungsring 26 mit einer Kraft, die den Sicherungsring 26 radial verdreht, während er sich axial an der Rampe 18 nach unten bewegt, wodurch der Sicherungsring außer Eingriff mit dem Seitenrad 22 gezwungen wird, wie in 2 gezeigt.
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Wenn Differenzialgeschwindigkeit der angetriebenen Räder vorliegt, da das Fahrzeug wendet oder ein dynamisches Manöver durchführt, das bewirken würde, dass sich die durch das Differenzial 8 angetriebenen Fahrzeugräder mit verschiedenen Winkelgeschwindigkeiten drehen, dann übertrifft die Reibkraft zwischen den Zähnen 36 des Seitenrads 22 und den Zähnen 34 des Sicherungsrings 26 stark die Kraft der Rückstellfeder 40, wodurch die ELD-Kupplung 38 in Eingriff gehalten wird.
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Die Klauenkupplung 38, deren Eingriff das Seitenrad 22 durch den Sicherungsring 26 fest mit dem Differenzialgehäuse 12 verankert, kann nicht ausrücken, während das Fahrzeug ein dynamisches Manöver durchführt, das ansonsten ein Geschwindigkeitsdifferenzial zwischen den angetriebenen Rädern verursachen würde. Um die ELD-Kupplung 38 mechanisch auszurücken, muss die Geschwindigkeit der angetriebenen Räder entweder gleich sein, zum Beispiel wenn das Fahrzeug geradeaus fährt, oder die relative Richtung der Radgeschwindigkeit muss sich ändern, als wenn das Fahrzeug wendet, wodurch die Klauenkupplung 38 entlastet wird. Zweitens muss die Rückstellfeder 40 die Reibkraft zwischen dem Sicherungsring 26 und dem Differenzialgehäuse 10, multipliziert mit dem Kosinus des Rampenwinkels θ, überwinden.
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Die ELD-Kupplung 38 wird entweder durch einen am Armaturenbrett angebrachten, manuell aktivierten Knopf 72 oder passiv durch die Steuerung 28 elektronisch gesteuert. Die Steuerstrategie gestattet die ELD-Aktivierung und -Deaktivierung auf Grundlage von kalibrierbaren Parametern, die Fahrzeuggeschwindigkeit (VS), Differenzialgeschwindigkeit (WS) zwischen den angetriebenen Rädern und Lenkradwinkel (SWA) enthalten.
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Die Steuerung 28 empfängt elektronische Signale, die die Fahrzeuggeschwindigkeit 60, die Geschwindigkeit 62 der durch das Differenzial 8 angetriebenen Räder 64, den Winkelversatz 66 des Lenkrads 68 von einer zentrierten Position und den eingerückten und ausgerückten Zustand 70 eines Schalters 72, wobei dieser Zustand manuell gewählt wird und den gewünschten Zustand der Kupplung 52 dargestellt, darstellen.
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Eine Strategie zur Steuerung des Zustands der Kupplung 52 wird in dem Logikflussdiagramm von 4 dargestellt, das mit eingerückter Verriegelungsmechanismuskupplung 52 beginnt. In Schritt 80 wird ein Test durchgeführt, um zu ermitteln, ob die Fahrzeugistgeschwindigkeit größer als eine Fahrzeugbezugsgeschwindigkeit ist. Wenn das Ergebnis des Tests 80 logisch falsch ist, dann wird in Schritt 86 ein Test durchgeführt, um zu ermitteln, ob der Schalter 72 ausgerückt ist. Wenn das Ergebnis von Test 86 falsch ist, kehrt die Steuerung zu Schritt 80 zurück.
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Wenn das Ergebnis von Test 86 logisch wahr ist, dann geht die Steuerung zu Schritt 88 über. Wenn das Ergebnis von Test 80 wahr, das heißt positiv oder hoch, ist, rückt die Steuerung auch zu Schritt 88 vor. In Schritt 88 wird ein Test durchgeführt, um zu ermitteln, ob der Winkel 66 des Lenkrads 68 größer ist als ein Bezugswinkel von der zentrierten Position des Lenkrads für die Länge einer zweiten Bezugszeitdauer. Wenn das Ergebnis von Test 88 falsch ist, dann rückt die Steuerung zu Schritt 84 vor, wo die Kupplung 38 durch Entregen der Spule 30 ausgerückt wird, und die Steuerung endet.
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Wenn das Ergebnis von Test 88 wahr ist, wird in Schritt 90 ein Zeitglied auf eine Bezugscountdownzeitdauer eingestellt. Die Länge der Countdownzeitdauer ist vorzugsweise eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Fahrzeugbruttogewichts.
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In Schritt 92 wird ein Test durchgeführt, um zu ermitteln, ob der Winkel 66 des Lenkrads 68 kleiner ist als ein Bezugswinkel von der zentrierten Position des Lenkrads. Wenn das Ergebnis von Test 92 falsch ist, kehrt die Steuerung zu Schritt 80 zurück.
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Wenn das Ergebnis von Test 92 wahr ist, darf das Zeitglied in Schritt 94 ablaufen, wodurch Zeit für die mit dem Seitenrad 22 verbundene Achswelle zur Verfügung gestellt wird, torsionsmäßig abzurollen.
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Wenn die Zeit abläuft, wird in Schritt 96 die Kupplung 38 durch Entregen der Spule 30 ausgerückt, und die Steuerung endet.
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Wenn das Ergebnis von Schritt 92 falsch ist, wird in Schritt 98 ein Test durchgeführt, um zu ermitteln, ob der Schalter 72 ausgerückt ist. Wenn das Ergebnis von Test 98 wahr ist, kehrt die Steuerung zu Schritt 90 zurück. Wenn das Ergebnis von Schritt 98 falsch ist, kehrt die Steuerung zu Schritt 80 zurück.
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Die bevorzugte Ausführungsform ist gemäß den Vorschriften der Patentbestimmungen beschrieben worden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die alternativen Ausführungsformen auch auf andere Weise durchgeführt werden können, als speziell dargestellt und beschrieben wurde.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern einer Kupplung eines elektronischen Sperrdifferenzials für ein Fahrzeug, das die folgenden Schritte umfasst insbesondere:
- (a) Ermitteln, ob eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs größer ist als eine Bezugsgeschwindigkeit oder ob ein gewünschter Zustand der Kupplung ein ausgerückter Zustand ist;
- (b) Ermitteln, ob ein Winkelversatz eines Lenkrads von einer zentrierten Position geringer ist als ein erster Bezugswinkel; und
- (c) Ausrücken der Kupplung;
- (d) wenn weder die Geschwindigkeit des Fahrzeugs größer ist als die Bezugsgeschwindigkeit noch der gewünschte Zustand der Kupplung der ausgerückte Zustand ist, Ermitteln, ob sich der Versatz des Lenkrads von größer als ein zweiter Winkel zu kleiner als der zweite Winkel ändert;
- (e) Ausrücken der Kupplung nach Ablauf einer ersten Zeitdauer.
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Dabei umfasst bevorzugt Schritt (a) weiterhin Verwenden eines manuell betätigten Schalters zur Anzeige des gewünschten Zustands der Kupplung.
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Dabei umfasst weiter bevorzugt Schritt (b) Ermitteln, ob der Versatz für eine Länge einer zweiten Zeitdauer aufrechterhalten wird, umfasst.
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Dabei umfasst weiter bevorzugt Schritt (c) Trennen einer Quelle elektrischer Energie von einer elektromagnetischen Spule, die die Kupplung betätigt, umfasst.
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Ferner umfasst weiter bevorzugt Schritt (d) Ermitteln, ob der Versatz für eine Länge einer dritten Zeitdauer aufrechterhalten wird, umfasst.
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Ein System zum Steuern eines elektronischen Sperrdifferenzials für ein Fahrzeug, das Folgendes umfasst:
- eine Kupplung, die das Differenzial abwechselnd verriegelt und entriegelt;
- eine Feder, die die Kupplung zum Entriegeln drängt; eine Quelle elektrischer Energie;
- eine elektromagnetische Spule, die die Kupplung zum Verriegeln als Reaktion auf von der Quelle elektrischer Energie an die Spule angelegten Strom drängt; und
- eine Steuerung, die zum Ermitteln entweder, ob eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs größer ist als eine Bezugsgeschwindigkeit
- oder ob ein gewünschter Zustand der Kupplung ein ausgerückter Zustand ist, Ermitteln, ob ein Winkelversatz eines Lenkrads von einer zentrierten Position geringer ist als ein erster Bezugswinkel, und Gestatten des Entriegelns der Kupplung durch Trennen einer elektrischen Verbindung zwischen der Spule und der Quelle elektrischer Energie konfiguriert ist.
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Dabei ist die Steuerung bevorzugt konfiguriert zum Ermitteln, ob sich der Versatz des Lenkrads von größer als ein zweiter Winkel zu kleiner als der zweite Winkel ändert, wenn weder die Geschwindigkeit des Fahrzeugs größer ist als die Bezugsgeschwindigkeit noch der gewünschte Zustand der Kupplung der ausgerückte Zustand ist, und Ausrücken der Kupplung nach Ablauf einer ersten Zeitdauer.
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Bezugszeichenliste
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1
- 24
- QUELLE ELEKTRISCHER ENERGIE
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4
- 80
- IST VS > BEZUGSGESCHWINDIGKEIT?
- 86
- IST SCHALTER IN AUSGERÜCKTER POSITION?
- 84
- KUPPLUNG 52 AUSRÜCKEN
- 88
- IST LENKRADWINKEL > BEZUG FÜR BEZUGSZEITDAUER?
- 90
- ZEITGLIED EINSTELLEN
- 92
- IST LENKRADWINKEL < BEZUGSWINKEL?
- 94
- ABLAUFEN DES ZEITGLIEDS GESTATTEN
- 96
- KUPPLUNG 52 AUSRÜCKEN
- 98
- IST SCHALTER IN AUSGERÜCKTER POSITION?
