DE102010039265A1

DE102010039265A1 - Verfahren zum Betreiben einer Getriebeeinrichtung

Info

Publication number: DE102010039265A1
Application number: DE102010039265A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Martin; Wildfrid Eberhard
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2010-08-12
Publication date: 2012-02-16
Anticipated expiration: 2030-08-13
Also published as: US8762019B2; DE102010039265B4; CN102374288B; CN102374288A; US20120041656A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Getriebeeinrichtung mit wenigstens einer Eingangswelle und mindestens zwei Ausgangswellen beschrieben, wobei ein an der Eingangswelle anliegendes Drehmoment mit variierbarem Verteilungsgrad zwischen den Ausgangswellen verteilbar ist und der Verteilungsgrad in Abhängigkeit einer Übertragungsfähigkeit (M_LK) wenigstens eines Schaltelements betriebszustandsabhängig veränderbar ist. Bei Vorliegen einer Anforderung zur Einstellung eines vordefinierten Verteilungsgrades wird ein den Verteilungsgrad zwischen den Ausgangswellen beeinflussendes und in Abhängigkeit des an der Eingangswelle anliegenden Drehmomentes stehendes mechanisches Selbstsperrmoment (M_SS) der Getriebeeinrichtung bestimmt und eine Differenz zwischen dem mechanischen Selbstsperrmoment (M_SS) und einem zu dem angeforderten Verteilungsgrad äquivalenten Soll-Gesamtsperrmoment (M_SGS) der Getriebeeinrichtung ermittelt. Die Übertragungsfähigkeit (M_LK) des wenigstens einen Schaltelements wird in Abhängigkeit von dieser Differenz eingestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Getriebeeinrichtung mit wenigstens einer Eingangswelle und mindestens zwei Ausgangswellen gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Aus der Praxis bekannte Fahrzeuge sind zwischen einer Antriebseinrichtung und einem Abtrieb jeweils mit wenigstens einer Getriebevorrichtung ausgebildet, um verschiedene Betriebsbereiche, wie eine Vorwärtsfahrt, eine Rückwärtsfahrt sowie einen Schub- und Zugbetrieb, darstellen zu können. Dabei wird das Antriebsmoment der Antriebseinrichtung bei frontgetriebenen Fahrzeugen auf die Vorderachse, bei heckgetriebenen Fahrzeugen auf die Hinterachse und bei allradgetriebenen Fahrzeugen mit verschiedenen Verteilungsgraden auf zwei oder mehrere angetriebene Fahrzeugachsen geführt.
Bei diesen Fahrzeugen sind die Getriebevorrichtungen jeweils mit einem Hauptgetriebe ausgeführt, mittels welchem verschiedene Übersetzungen darstellbar sind. Derartige Hauptgetriebe sind üblicherweise als Schaltgetriebe, Stufenautomatgetriebe oder auch stufenlose Automatgetriebe ausgebildet.
Um das von der Antriebseinrichtung abgegebene Drehmoment zwischen mehreren antreibbaren Fahrzeugachsen in Längsrichtung eines Fahrzeuges verteilen zu können, weisen die Getriebevorrichtungen den vorbeschriebenen Hauptgetrieben im Leistungsfluss eines Antriebsstranges jeweils nachgeschaltete Längsverteilergetriebe auf, die konstruktiv als separate Baueinheiten, in das Hauptgetriebe integriert oder als sogenannte Hang-On-Lösungen an dem Hauptgetriebe ausgeführt sein können.
Darüber hinaus wird das einer antreibbaren Fahrzeugachse zugeführte Antriebsmoment zwischen den beiden Antriebsrädern dieser Antriebsachse mittels eines Querverteilergetriebes verteilt, wobei die Antriebsräder der antreibbaren Fahrzeugachse unabhängig voneinander entsprechend den verschiedenen Weglängen der linken bzw. rechten Fahrspur mit unterschiedlichen Drehzahlen angetrieben werden können. Das Antriebsmoment ist hierdurch symmetrisch und somit giermomentenfrei auf die jeweiligen Antriebsräder der antreibbaren Fahrzeugachse verteilbar.
Diesen Vorteilen steht jedoch der Nachteil gegenüber, dass die auf die Fahrbahn übertragenen Vortriebskräfte der Antriebsräder einer Fahrzeugachse aufgrund der Ausgleichstätigkeit eines als Differentialgetriebe ausgeführten Querverteilergetriebes jeweils von dem geringeren bzw. geringsten übertragbaren Antriebsmoment des jeweiligen Antriebsrades abhängig sind. Wenn ein beispielsweise auf Glatteis stehendes Antriebsrad durchdreht, wird dem anderen Antriebsrad somit kein höheres Moment als dem durchdrehenden Antriebsrad zugeführt, auch wenn es auf griffigem Untergrund steht. In einer solchen Fahrsituation kann das Fahrzeug aufgrund der Ausgleichstätigkeit eines Differentialgetriebes, welche eine Drehzahldifferenz zwischen zwei Abtriebswellen eines Differentialgetriebes ermöglicht, nachteilhafterweise nicht anfahren.
Um diesen Nachteil zu überwinden, ist in der Praxis dazu übergegangen worden, eine Ausgleichsbewegung des Differentialgetriebes bei Vorliegen kritischer Fahrzeugstände durch geeignete Maßnahmen zu begrenzen bzw. zu unterbinden. Dies wird beispielsweise durch eine manuell oder automatisch mit mechanischen, magnetischen, pneumatischen oder hydraulischen Mitteln aktivierbare und an sich bekannte Differentialsperre realisiert, die durch ein Blockieren des Differentialgetriebes eine Ausgleichsbewegung zwischen den Antriebsrädern vollständig oder teilweise beschränkt.
Die Differentialsperre kann dabei als ein hydraulisch betätigbares Schaltelement ausgebildet sein, mittels welchem ein an einer Eingangswelle des Differentialgetriebes anliegendes Drehmoment gemäß einem angeforderten Verteilungsgrad zwischen zwei mit den Antriebsrädern zusammenwirkenden Ausgangswellen des Differentialgetriebes verteilt werden kann. Ein an eine Ausgangswelle abgegebenes Abtriebsdrehmoment kann sich dementsprechend von dem an die andere Ausgangswelle abgegebenen Abtriebsdrehmoment unterscheiden. Dieser Verteilungsgrad kann dabei in Abhängigkeit einer Übertragungsfähigkeit des Schaltelements betriebszustandsabhängig entsprechend der jeweiligen Fahrsituation verändert werden.
Als hydraulisch betätigbare Schaltelemente ausgeführte Differentialsperren von Verteilergetrieben werden üblicherweise im Dauerschlupf betrieben. Aus diesem Grund werden neben einer robusten Auslegung hohe Anforderungen an die Stellgenauigkeit, die Stelldynamik und die Dynamik während eines Öffnens des Schaltelementes gestellt, da diese einen starken Einfluss auf eine Fahrdynamik eines Fahrzeuges haben.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Getriebeeinrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels welchem eine gewünschte Fahrdynamik eines Fahrzeuges mit geringem Steuer- und Regelaufwand einstellbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zum Betreiben einer Getriebeeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Getriebeeinrichtung mit wenigstens einer Eingangswelle und mindestens zwei Ausgangswellen ist ein an der Eingangswelle anliegendes Drehmoment mit variierbarem Verteilungsgrad zwischen den Ausgangswellen verteilbar und der Verteilungsgrad in Abhängigkeit einer Übertragungsfähigkeit wenigstens eines Schaltelements betriebszustandsabhängig veränderbar. Erfindungsgemäß wird bei Vorliegen einer Anforderung zur Einstellung eines vordefinierten Verteilungsgrades ein den Verteilungsgrad zwischen den Ausgangswellen beeinflussendes und in Abhängigkeit des an der Eingangswelle anliegenden Drehmomentes stehendes mechanisches Selbstsperrmoment der Getriebeeinrichtung bestimmt und eine Differenz zwischen dem mechanischen Selbstsperrmoment und einem zu dem angeforderten Verteilungsgrad äquivalenten Soll-Gesamtsperrmoment der Getriebeeinrichtung ermittelt, wobei die Übertragungsfähigkeit des wenigstens einen Schaltelements in Abhängigkeit von dieser Differenz eingestellt wird.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Sollwertvorgabe bzw. das angeforderte Soll-Gesamtsperrmoment mit geringem Steuer- und Regelaufwand umsetzbar, da die zur Einstellung des angeforderten Soll-Gesamtsperrmomentes erforderliche Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes in Abhängigkeit des einfach zu bestimmenden und das Gesamtsperrmoment der Getriebeeinrichtung nicht unwesentlich beeinflussenden mechanischen Selbstsperrmomentes der Getriebeeinrichtung ermittelt wird. Dabei wird ein vorzugsweise von einem Sollwertgeber vorgegebenes Soll-Gesamtsperrmoment, dass das Selbstsperrmoment physikalisch umfasst, um das vorzugsweise rechnerisch ermittelte Selbstsperrmoment reduziert und der verbleibende im Bereich des Schaltelementes aufzubringende Anteil des Soll-Gesamtsperrmomentes durch Anlegen einer entsprechenden Betätigungskraft am Schaltelement zunächst rechnerisch ermittelt und im Bereich des Schaltelementes eingestellt. Dabei besteht die Möglichkeit, das Schaltelement hydraulisch, mechanisch, elektromechanisch oder elektrohydraulisch zu betätigen.
Über die erfindungsgemäße Vorgehensweise wird ein Selbstsperrmoment der Getriebeeinrichtung kompensiert, womit die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes der Getriebeeinrichtung sowohl mit einer guten Stellgenauigkeit als auch mit einer hohen Stelldynamik sowie mit einer gewünschten Dynamik während eines Öffnungsvorganges betreibbar ist und ein Fahrzeug mit einer gewünschten Fahrdynamik zur Verfügung steht.
Für den Fall, dass während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt wird, dass ein Soll-Gesamtsperrmoment der Getriebeeinrichtung kleiner oder gleich dem mechanischen Selbstsperrmoment der Getriebeeinrichtung ist, wird die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens auf wenigstens annähernd Null eingestellt. Dies resultiert aus der Tatsache, dass das Gesamtsperrmoment der Getriebeeinrichtung mindestens dem mechanischen Selbstsperrmoment der Getriebeeinrichtung entspricht, dass nicht unterschreitbar ist. Das mechanische Selbstsperrmoment der Getriebeeinrichtung stellt eine untere physikalische Grenze dar, die eine Umsetzung des zur Einstellung eines gewünschten Verteilungsgrades des Eingangsdrehmomentes zwischen den Ausgangswellen der Getriebeeinrichtung erforderlichen Gesamtsperrmomentes verhindert. Um die Anforderung dennoch wenigstens annähernd umsetzen zu können, wird die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes auf wenigstens annähernd Null eingestellt, womit die Abweichung zwischen dem Ist-Gesamtsperrmoment und dem angeforderten Soll-Gesamtsperrmoment so gering als möglich ist.
Da das mechanische Selbstsperrmoment in Abhängigkeit der Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes variiert, ist es bei einer vorteilhaften Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Übertragungsfähigkeit des wenigstens einen Schaltelements wiederum in Abhängigkeit des übertragungsfähigkeitsseitig korrigierten mechanischen Selbstsperrmoments angepasst wird, womit ein gewünschter Verteilungsgrad des Eingangsdrehmoments zwischen den Ausgangswellen vorteilhafterweise mit geringem Steuer- und Regelaufwand und hoher Regelgüte in gewünschtem Umfang eingestellt werden kann.
Die Ermittlung des mechanischen Selbstsperrmoments ist auf besonders einfache Art und Weise möglich, wenn hierzu ein Kennfeld verwendet wird.
Eine Abhängigkeit des mechanischen Selbstsperrmoments von dem an der Eingangswelle anliegenden Drehmoment ist über das Kennfeld auf einfache Weise berücksichtigbar, wobei im Kennfeld beispielsweise ein prozentualer Wert hinterlegbar ist, welcher zur Berechnung des mechanischen Selbstsperrmoments aus dem an der Eingangswelle anliegenden Drehmoment zur Verfügung stellbar ist. Vorteilhafterweise ist diese Vorgehensweise einfach in eine Steuereinrichtung der Getriebeeinrichtung implementierbar.
Die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes kann zur Erzielung des gewünschten Verteilungsgrades umso besser eingestellt werden, je genauer das tatsächlich vorliegende mechanische Selbstsperrmoment der Getriebeeinrichtung ermittelt wird. Hierfür ist wenigstens ein weiterer, vorzugsweise messtechnisch ermittelter Parameter, wie beispielsweise eine Differenzdrehzahl zwischen den Ausgangswellen, ein Vorzeichen der Differenzdrehzahl zwischen den Ausgangswellen, eine Betriebstemperatur der Getriebeeinrichtung, eine Laufleistung der Getriebeeinrichtung und/oder eines Betätigungsparameters des wenigstens einen Schaltelementes, in dem Kennfeld hinterlegbar.
Bei einer bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass das wenigstens eine Schaltelement als ein hydraulisch betätigbares reibschlüssiges Schaltelement, insbesondere als Lamellenkupplung, ausgebildet ist, wobei die Übertragungsfähigkeit des Schaltelements durch einen an das Schaltelement anlegbaren Betätigungsdruck betriebszustandsabhängig einstellbar ist. Das Schaltelement ist bei entsprechender Auslegung in einem Dauerschlupf betreibbar.
Das mechanische Selbstsperrmoment variiert betriebszustandsabhängig, wobei Veränderungen aus dem jeweils an der Eingangswelle anliegenden Drehmoment, einer Differenzdrehzahl zwischen den Ausgangswellen, einem Vorzeichen der Differenzdrehzahl zwischen den Ausgangswellen, einer aktuell vorliegenden Betriebstemperatur der Getriebeeinrichtung, einer Laufleistung der Getriebeeinrichtung und/oder eines Betätigungsparameters des wenigstens einen Schaltelements resultieren. Da diese Betriebsparameter sich während eines Betriebszustandsverlaufes verändern, wird eine genaue Einstellung eines gewünschten Verteilungsgrads des Eingangsdrehmoments zwischen den Ausgangswellen dadurch erreicht, dass das mechanische Selbstsperrmoment der Getriebeeinrichtung in Abhängigkeit des aktuell vorliegenden Betriebspunktes der Getriebevorrichtung ermittelt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhafterweise für den Betrieb eines als Querverteilergetriebe bzw. als Differentialgetriebe ausgebildeten Getriebeeinrichtung eingesetzt werden, das eine von dem wenigstens einen Schaltelement gebildete Quersperre aufweist. Ein an der Eingangswelle der Getriebeeinrichtung anliegendes Drehmoment wird dabei zwischen zwei jeweils mit einem Antriebsrad verbundene Ausgangswellen verteilt, wobei durch Verändern der Übertragungsfähigkeit des einen Schaltelementes ein an der Eingangswelle anliegendes Drehmoment wenigstens annähernd mit einem zur Erzielung einer gewünschten Fahrsituation angeforderten Verteilungsgrad zwischen den Ausgangswellen verteilt werden kann.
Alternativ oder zusätzlich hierzu kann das erfindungsgemäße Verfahren auch bei einer als ein Längsverteilergetriebe ausgebildeten Getriebeeinrichtung eingesetzt werden, wobei mittels des Längsverteilergetriebes ein an der Eingangswelle anliegendes Drehmoment mit variierbarem Verteilungsgrad zwischen wenigstens zwei Fahrzeuglängswellen verteilbar ist, welche jeweils mit einer antreibbaren Fahrzeugachse zusammenwirken.
Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildung des Gegenstandes nach der Erfindung keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstandes ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Es zeigt:
1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeugs mit einem Verteilergetriebe und einem Differentialgetriebe mit einem eine Quersperre bildenden Schaltelement; und
2 eine vereinfachte Darstellung eines Verlaufs eines an dem Differentialgetriebe anliegenden Drehmomentes über der Zeit.
1 zeigt einen Antriebsstrang 1 eines allradgetriebenen Fahrzeugs in einer stark schematisierten Darstellung. Der Antriebsstrang 1 umfasst eine Antriebsmaschine 2 und ein Hauptgetriebe 3, mittels welchem verschiedene Übersetzungen für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt darstellbar sind, und welches jedes an sich aus der Praxis bekannte Getriebe sein kann.
Die Antriebsmaschine 2 ist bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Fahrzeugantriebsstranges 1 als Brennkraftmaschine ausgeführt und kann bei einer vorteilhaften Weiterbildung auch als Elektromotor oder als Hybridantrieb ausgeführt sein.
Der Antriebsstrang 1 weist zwei antreibbare Fahrzeugachsen 4, 5 auf, die in bekannter Weise auf jeder Fahrzeugseite mit wenigstens einem Antriebsrad 6A, 6B bzw. 7A, 7B verbunden sind, und von denen die Fahrzeugachse 4 vorliegend die Fahrzeughinterachse und die Fahrzeugachse 5 die Fahrzeugvorderachse bildet. Zwischen dem Hauptgetriebe 3 und den Fahrzeugachsen 4, 5, ist eine als Längsverteilergetriebe ausgebildete Getriebeeinrichtung 8 angeordnet, mittels welcher ein an einer in der Zeichnung nicht näher dargestellten Eingangswelle anliegendes Antriebsdrehmoment der Antriebsmaschine 2 über eine erste Fahrzeuglängswelle 15A und eine zweite Fahrzeuglängswelle 15B zwischen der Fahrzeughinterachse 4 und der Fahrzeugvorderachse 5 verteilt wird. Um einen Verteilungsgrad des Antriebsdrehmoments zwischen der Fahrzeughinterachse 4 und der Fahrzeugvorderachse 5 variabel einstellen zu können, weist das Längsverteilergetriebe 8 vorliegend ein als Lamellenkupplung 9 ausgebildetes reibschlüssiges Schaltelement auf.
Zur Verteilung des jeweils den Fahrzeugachsen 4, 5 zugeführten Anteils des Antriebsmoments zwischen jeweils zwei einer Fahrzeugachse 4, 5 zugeordneten und jeweils mit den Antriebsrädern 6A, 6B bzw. 7A, 7B verbundenen Ausgangswellen 10A, 10B bzw. 11A, 11B ist zwischen dem Längsverteilergetriebe 8 und den Antriebsrädern 6A, 6B bzw. 7A, 7B jeweils ein Querverteilergetriebe 12 bzw. 13 vorgesehen. Sowohl das der Fahrzeugvorderachse 5 zugeordnete Querverteilergetriebe 12 als auch das der Fahrzeughinterachse 4 zugeordnete Querverteilergetriebe 13 ist als Differentialgetriebe ausgebildet. Das im Bereich der Fahrzeughinterachse 4 angeordnete Differentialgetriebe 13 weist dabei ebenfalls ein reibschlüssiges Schaltelement 14 auf, mittels welchem ein an der Fahrzeuglängswelle 15B des Differentialgetriebes 13 anliegendes Drehmoment variabel zwischen den Ausgangswellen 10A und 10B und den Antriebsrädern 6A, 6B des Differentialgetriebes 13 und den Antriebsrädern 6A, 6B der Fahrzeughinterachse 4 verteilbar ist. Das vorliegend als hydraulisch betätigbare Lamellenkupplung 14 ausgebildete und eine Differentialsperre darstellende Schaltelement ist bei alternativen Ausführungen der Erfindung auch mit mechanischen, magnetischen oder pneumatischen Mitteln betätigbar. Zur Betätigung der Lamellenkupplungen 9 und 14 ist vorliegend ein Hydrauliksteuergerät 16 vorgesehen, welches von einer elektronischen Getriebesteuerung 17 angesteuert wird.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Betreiben des Differentialgetriebes 13 mit der Lamellenkupplung 14 beschrieben. Dieses Verfahren ist in analoger Weise zum Betreiben des Längsverteilergetriebes 8 mit der Lamellenkupplung 9 verwendbar, weshalb das Verfahren in der nachfolgenden Beschreibung zu 1 und 2 exemplarisch in Verbindung mit dem Differentialgetriebe 13 näher erläutert wird.
Die Lamellenkupplung 14 ist vorliegend zwischen einer Ausgangswelle 10A des Differentialgetriebes 13 und einem nicht näher gezeigten Differentialkorb des Differentialgetriebes 13 angeordnet. In geöffnetem Betriebszustand der Lamellenkupplung 14 wird ein an dem Differentialgetriebe 13 anliegendes Drehmoment zu gleichen Teilen zwischen den Ausgangswellen 10A, 10B verteilt. Die Höhe des auf die Ausgangswellen 10A, 10B übertragbaren Drehmoments steht dabei in Abhängigkeit der Ausgangswelle 10A bzw. 10B bzw. in Abhängigkeit des jeweils damit verbundenen Antriebsrades 6A, 6B, in dessen Bereich von im aktuellen Betriebszustand des Antriebsstranges 1 das geringere Drehmoment übertragbar ist. Wenn ein beispielsweise auf Glatteis stehendes Antriebsrad 6A bzw. 6B durchdreht, wird dem anderen Antriebsrad 6B bzw. 6A somit kein höheres Moment als dem durchdrehenden Antriebsrad 6A bzw. 6B zugeführt, auch wenn es auf griffigem Untergrund steht. In einer solchen Fahrsituation kann das Fahrzeug aufgrund der Ausgleichstätigkeit des Differentialgetriebes 13, welches eine Drehzahldifferenz zwischen den beiden Ausgangswellen 10A, 10B ermöglicht, nachteilhafterweise nicht anfahren.
Um einer solchen Situation entgegenzuwirken, ist durch eine Veränderung der Übertragungsfähigkeit M_LK der Lamellenkupplung 14 ein Sperrgrad des Differentialgetriebes 13 derart variierbar, dass auf die Ausgangswelle 10A bzw. 10B, welche mit dem einen geringeren Schlupf aufweisenden Antriebsrad 6A bzw. 6B verbunden ist, ein Drehmoment übertragen wird.
Um dies zu erreichen, wird von der elektronischen Getriebesteuerung 17 ein entsprechender Steuerbefehl an das hydraulische Steuergerät 16 übermittelt, welches daraufhin auf die Lamellenkupplung 14 einen gewissen Betätigungsdruck ausübt. Die Übertragungsfähigkeit M_LK der Lamellenkupplung 14 steigt hierdurch an, d. h. es wird ein größeres Drehmoment über die Lamellenkupplung 14 übertragen, und ein an der Fahrzeuglängswelle 15B des Differentialgetriebe 13 anliegendes Drehmoment wird mit einem der aktuellen Fahrsituation angepassten anderen Verteilungsgrad zwischen den Ausgangswellen 10A, 10B verteilt.
Ein gewünschter Verteilungsgrad des über die Fahrzeuglängswelle 15B an dem Differentialgetriebe 13 anliegenden Drehmoments zwischen den Ausgangswellen 10A, 10B wird von einer übergeordneten Fahrstrategie, insbesondere einem elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP), beispielsweise in Abhängigkeit eines Lenkwinkels, einer Querbeschleunigung und dergleichen, vorgegeben und stellt die Führungsgröße für die Regelung dar. Um den angeforderten Verteilungsgrad einstellen zu können, ist im Bereich des Differentialgetriebes 13 ein zu dem angeforderten Verteilungsgrad äquivalentes Soll-Gesamtsperrmoment M_SGS einzustellen.
Ein tatsächlich vorliegendes Ist-Gesamtsperrmoment des Differentialgetriebes 13 stellt sich in Abhängigkeit einer Summe aus einem mechanischen Selbstsperrmoment M_SS des Differentialgetriebes 13 und der variierbaren Übertragungsfähigkeit M_LK der Lamellenkupplung 14 ein. Das mechanische Selbstsperrmoment M_SS stellt eine physikalische Größe des Differentialgetriebes 13 dar, die aus dem mechanischen Aufbau des Differentialgetriebes 13 resultiert und von mehreren Parametern abhängig ist. Einen Einfluss auf die Höhe des mechanischen Selbstsperrmoments M_SS üben dabei besonders Sperr- und Reibungskräfte aus, die unter anderem aus einer Verzahnungsgeometrie im Bereich der Verzahnungen des Differentialgetriebes 13 resultieren.
Der Verteilungsgrad, mit dem ein an dem Differentialgetriebe 13 anliegendes Drehmoment zwischen den Ausgangswellen 10A und 10B verteilt wird, variiert in Abhängigkeit des mechanischen Selbstsperrmomentes M_SS. D. h., dass ein an der Fahrzeuglängswelle 15B anliegendes Drehmoment mit einem in Abhängigkeit des mechanischen Selbstsperrmomentes M_SS stehenden Verhältnis zwischen den Ausgangswellen 10A, 10B verteilt wird, wobei der größere Anteil des Drehmoments auf das Antriebsrad 6A bzw. 6B übertragen wird, welches eine größere Haftung und somit einen geringeren Schlupf aufweist.
Damit eine Abweichung zwischen dem Soll-Gesamtsperrmoment M_SGS und dem Ist-Gesamtsperrmoment M_IGS minimal ist, wird das tatsächlich vorliegende mechanische Selbstsperrmoment M_SS des Differentialgetriebes 13 möglichst genau bestimmt. Bei der Bestimmung wird vorliegend berücksichtigt, dass das mechanische Selbstsperrmoment M_SS prozentual von dem an der Eingangswelle 15 anliegenden Drehmoment abhängig ist. Zur exakten Bestimmung des mechanischen Selbstsperrmomentes M_SS wird diese prozentuale Abhängigkeit aus einem Kennfeld ausgelesen, wobei über das Kennfeld auch eine Abhängigkeit von einer Betriebstemperatur des Differentialgetriebes 13 und einer Laufleistung des Differentialgetriebes 13 berücksichtigt wird. Die über das Kennfeld einfließenden Zusammenhänge sind empirisch ermittelbar oder über entsprechende in der Steuerung hinterlegte Modelle bestimmbar.
Zusätzlich wird über das Kennfeld auch eine Abhängigkeit zwischen der Übertragungsfähigkeit M_LK der Lamellenkupplung 14 und dem mechanischen Selbstsperrmoment M_SS berücksichtigt. Der im Kennfeld hinterlegte prozentuale Wert, mit dem das mechanische Selbstsperrmoment M_SS in Abhängigkeit des am Differentialgetriebe 13 anliegenden Drehmoment berechnet wird, wird auch zur Bestimmung des Einflusses der Übertragungsfähigkeit M_LK der Lamellenkupplung 14 auf das mechanische Selbstsperrmoment M_SS herangezogen, wobei das über die Lamellenkupplung 14 führbare Drehmoment mit dem Prozentwert des Kennfeldes multipliziert wird und das mechanische Selbstsperrmoment M_SS in Abhängigkeit des Vorzeichens der Differenzdrehzahl zwischen den Ausgangswellen 10A und 10B des Differentialgetriebes 13 vergrößert oder verkleinert wird.
Das mechanische Selbstsperrmoment M_SS entspricht dem Betrag eines Produktes aus einer Differenz zwischen dem an der Fahrzeuglängswelle 15B anliegenden Drehmoment und der Übertragungsfähigkeit M_LK der Lamellenkupplung 14, wobei das Vorzeichen der Übertragungsfähigkeit der Lamellenkupplung 14 in Abhängigkeit des Vorzeichens der Differenzdrehzahl zwischen den Ausgangswellen 10A, 10B variiert, und dem aus dem Kennfeld ermittelten prozentualen Wert.
Die zur Bestimmung des gesamten mechanischen Selbstsperrmoments M_SS benötigten Betriebsparameter werden mittels Sensoren messtechnisch ermittelt. Die aktuelle Betriebstemperatur des Differentialgetriebes 13 wird über einen im Differentialgetriebe 13 angeordneten Temperatursensor und eine Laufleistung des Differentialgetriebes 13 über einen Kilometerzähler bestimmt.
Die ebenfalls zur Ermittlung des mechanischen Selbstsperrmoments M_SS erforderliche Differenzdrehzahl zwischen den Ausgangswellen 10A, 10B wird dabei insbesondere über im Bereich der Antriebsräder 6A, 6B angeordnete Drehzahlsensoren eines Antiblockiersystems ermittelt. Die Übertragungsfähigkeit M_LK der Lamellenkupplung 14 wird vorliegend über einen insbesondere in einer Zuführung der Hydraulik angeordneten Drucksensor bestimmt oder mittels einer anderen geeigneten Methode ermittelt.
Das Ist-Gesamtsperrmoment M_IGS kann insbesondere dadurch einfach an ein gewünschtes Soll-Gesamtsperrmoment M_SGS angepasst werden, dass die Übertragungsfähigkeit M_LK der Lamellenkupplung 14 entsprechend eingestellt wird. Um ein möglichst nahe an dem Soll-Gesamtsperrmoment M_SGS liegendes Ist-Gesamtsperrmoment M_IGS innerhalb kurzer Betriebszeiten einstellen zu können, wird das tatsächlich vorliegende mechanischen Selbstsperrmoment M_SS mittels der erfindungsgemäßen Vorgehensweise mit hoher Güte bestimmt.
Da sich das mechanische Selbstsperrmoment M_SS bereits durch eine Änderung nur eines der oben genannten Parameter ändert, wird das mechanische Selbstsperrmoment M_SS in Abhängigkeit des aktuell vorliegenden Betriebspunktes des Differentialgetriebes 13 ermittelt, um die Übertragungsfähigkeit M_LK der Lamellenkupplung 14 mit hoher Spontaneität an eine neu vorliegende Fahrsituation anpassen zu können und das Ist-Gesamtsperrmoment M_ISG an das Soll-Gesamtsperrmoment M_SGS anzugleichen.
Ergibt sich während eines Betriebszustandes des Differentialgetriebes 13, dass das mechanische Selbstsperrmoment M_SS größer als ein vorgegebenes Soll-Gesamtsperrmoment M_SGS ist, wird die Lamellenkupplung 14 mit entsprechendem Betätigungsdruck beaufschlagt. Die Übertragungsfähigkeit M_LK der Lamellenkupplung 14 entspricht dann im Wesentlichen einer Differenz aus dem Soll-Gesamtsperrmoment M_SGS und dem mechanischen Selbstsperrmoment M_SS. Dabei wird auch der funktionale Zusammenhang zwischen dem mechanischen Selbstsperrmoment M_SS und der Übertragungsfähigkeit M_LK der Lamellenkupplung 14 berücksichtigt.
Ist das im Bereich des Differentialgetriebes 13 darzustellende Soll-Gesamtsperrmoment M_SGS kleiner oder gleich dem mechanischen Selbstsperrmoment M_SS, wird die Lamellenkupplung 14 in geöffnetem Betriebszustand belassen oder in einen geöffneten Betriebszustand überführt, in dem im Wesentlichen kein Drehmoment über die Lamellenkupplung 14 führbar ist. Das Ist-Gesamtsperrmoment M_IGS des Differentialgetriebes 13 entspricht dann dem mechanischen Selbstsperrmoment M_SS.
In 2 ist ein beispielhafter Verlauf des Soll-Gesamtsperrmoments M_SGS, des Ist-Gesamtsperrmoments M_IGS, des mechanischen Selbstsperrmoments M_SS und der Übertragungsfähigkeit M_LK der Lamellenkupplung 14 über der Zeit t aufgetragen.
Zu einem ersten Zeitpunkt T0 ist ein von der übergeordneten Fahrstrategie vorgegebenes Soll-Gesamtsperrmoment M_SGS größer als das ermittelte mechanische Selbstsperrmoment M_SS. Die Übertragungsfähigkeit M_LK der Lamellenkupplung 14 wird dabei derart eingestellt, dass die Summe aus dem mechanischen Selbstsperrmoment M_SS und der Übertragungsfähigkeit M_LK der Lamellenkupplung 14, welche das tatsächliche Ist-Gesamtsperrmoment M_ISG darstellt, dem vorgegebenen Soll-Gesamtsperrmoment M_SSG entspricht.
Zu einem Zeitpunkt T1 erhöht sich das mechanische Selbstsperrmoment M_SS. Die Erhöhung kann beispielsweise durch einen Anstieg des an der Fahrzeuglängswelle 15B anliegenden Drehmoments ausgelöst werden. Die Veränderung des Drehmoments kann insbesondere aus einer fahrerseitigen Betätigung eines Fahrpedals oder aus einem Übersetzungswechsel im Bereich des Hauptgetriebes 3 resultieren.
Das mechanische Selbstsperrmoment M_SS steigt zum Zeitpunkt T1 sprungartig auf ein Niveau oberhalb des vorgegebene Soll-Gesamtsperrmoments M_SGS an. Da das mechanische Selbstsperrmoment M_SS eine untere Grenze des Ist-Gesamtsperrmoments M_IGS des Differentialgetriebes 13 darstellt, wird die Übertragungsfähigkeit M_LK der Lamellenkupplung 14 auf Null reduziert, um das Ist-Gesamtsperrmoment M_IGS minimal zu halten und eine unerwünscht große Abweichung zwischen diesem und dem Soll-Gesamtsperrmoment M_SGS zu vermeiden.
Zu einem Zeitpunkt T2 erhöht sich das mechanische Selbstsperrmoment M_SS wiederum durch einen Betriebszustandswechsel im Antriebsstrang 1 und liegt weiterhin über dem einzustellenden Soll-Gesamtsperrmoment M_SGS. Da die Übertragungsfähigkeit M_LK der Lamellenkupplung 14 bereits auf Null eingestellt ist, ist das angeforderte Soll-Gesamtsperrmoment M_SGS nicht einstellbar.
Anschließend, zu einem Zeitpunkt T3, wird das Soll-Gesamtsperrmoment M_SGS entsprechend einer fahrstrategieseitigen Anforderung auf einen oberhalb des aktuellen mechanischen Selbstsperrmomentes M_SS angehoben. Die Erhöhung des vorgegebenen Soll-Gesamtsperrmoments M_SGS kann von einer übergeordneten Fahrstrategie beispielsweise aufgrund eines veränderten Reibwerts im Bereich eines der Antriebsräder 6A, 6B vorgegeben werden. Um das Ist-Gesamtsperrmoment M_IGS von dem zum Zeitpunkt T2 ausschließlich von dem mechanischen Selbstsperrmoment M_SS gebildeten Wert auf den Wert des neu vorgegebenen Soll-Gesamtsperrmoments M_SGS zu führen, wird die Übertragungsfähigkeit M_LK der Lamellenkupplung 14 entsprechend angehoben. Dies führt dazu, dass das Ist-Gesamtsperrmoment M_IGS zum Zeitpunkt T3 dem Soll-Gesamtsperrmoment M_SGS entspricht. Bei einer Einstellung der hierzu erforderlichen Betätigungskraft wird die durch die Anpassung des Übertragungsfähigkeit der Lamellenkupplung 14 bewirkte Veränderung im Bereich des mechanischen Selbstsperrmoments M_SS berücksichtigt.
Bei weiterhin konstantem Soll-Gesamtsperrmoment M_SGS verringert sich zu einem Zeitpunkt T4 das mechanische Selbstsperrmoment M_SS. Dies kann wiederum durch eine fahrerseitige Änderung einer Fahrpedalstellung oder durch einen Übersetzungswechsel im Hauptgetriebe 3 verursacht sein, wobei im Gegensatz zu den zu den Zeitpunkten T1 und T2 beschriebenen Vorgängen sich ein an der Eingangswelle 15 anliegendes Drehmoment reduziert. Zur Kompensation dieser Reduzierung des mechanischen Selbstsperrmoments M_SS wird eine Übertragungsfähigkeit M_LK der Lamellenkupplung 14 wiederum unter Beachtung der daraus resultierenden Veränderung des mechanischen Selbstsperrmoments M_SS erhöht und das Ist-Gesamtsperrmoment M_IGS zum Zeitpunkt T4 auf einen dem Soll-Gesamtsperrmoment M_SGS entsprechenden Wert gehoben.
Zum Zeitpunkt T5 liegt wiederum ein zum Zeitpunkt T4 beschriebener Betriebszustandswechsel im Antriebsstrang 1 vor, aus dem in der vorstehenden Beschreibung erläuterte entsprechende Veränderungen der in 2 gezeigten Betriebszustandsverläufe resultieren.
Von einer übergeordneten Fahrstrategie wird zum Zeitpunkt T6 vorliegend ein auf Null reduziertes Soll-Gesamtsperrmoment M_SGS vorgegeben. Das mechanische Selbstsperrmoment M_SS ist nun wiederum größer als das Soll-Gesamtsperrmoment M_SGS und stellt den minimal einstellbaren Grenzwert des Ist-Gesamtsperrmoments M_IGS dar, selbst wenn die Übertragungsfähigkeit M_LK der Lamellenkupplung 14 auf Null reduziert wird.
Zu den Zeitpunkten T7, T8 und T9 liegen wiederum zu den Zeitpunkten T2, T3 und T4 beschriebene äquivalente Betriebszustandswechsel des Antriebsstranges 1 mit entsprechenden Veränderungen der Verläufe der Betriebszustandsparameter gemäß 2 vor.
Eine Anpassung der Übertragungsfähigkeit der Lamellenkupplung 14 durch eine entsprechende Einstellung des Betätigungsdrucks erfolgt jeweils mit hoher Spontaneität, wenn eine veränderte Betriebssituation erkannt wird. In der Praxis wird der Betätigungsdruck in einem Arbeitstakt der Steuereinrichtung verändert, welcher auf den Arbeitstakt folgt, während dem die Veränderung festgestellt wurde.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsstrang
2: Antriebsmaschine
3: Hauptgetriebe
4: Fahrzeughinterachse
5: Fahrzeugvorderachse
6A, 6B: Antriebsrad
7A, 7B: Antriebsrad
8: Längsverteilergetriebe
9: Lamellenkupplung
10A, 10B: Ausgangswelle
11A, 11B: Ausgangswelle
12: vorderes Differentialgetriebe
13: hinteres Differentialgetriebe
14: Lamellenkupplung
15A, 15B: Fahrzeuglängswelle
16: Hydraulisches Steuergerät
17: Elektronische Getriebesteuerung
M_IGS: Ist-Gesamtsperrmoment
M_LK: Übertragungsfähigkeit der Lamellenkupplung
M_SGS: Soll-Gesamtsperrmoment
M_SS: mechanisches Selbstsperrmoment

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Getriebeeinrichtung (8, 13) mit wenigstens einer Eingangswelle (15B) und mindestens zwei Ausgangswellen (10A, 10B), wobei ein an der Eingangswelle (15B) anliegendes Drehmoment mit variierbarem Verteilungsgrad zwischen den Ausgangswellen (10A, 10B) verteilbar ist und der Verteilungsgrad in Abhängigkeit einer Übertragungsfähigkeit (M_LK) wenigstens eines Schaltelements (9, 14) betriebszustandsabhängig veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen einer Anforderung zur Einstellung eines vordefinierten Verteilungsgrades ein den Verteilungsgrad zwischen den Ausgangswellen (10A, 10B) beeinflussendes und in Abhängigkeit des an der Eingangswelle (15B) anliegenden Drehmomentes stehendes mechanisches Selbstsperrmoment (M_SS) der Getriebeeinrichtung (8, 13) bestimmt wird und eine Differenz zwischen dem mechanischen Selbstsperrmoment (M_SS) und einem zu dem angeforderten Verteilungsgrad äquivalenten Soll-Gesamtsperrmoment (M_SGS) der Getriebeeinrichtung (8, 13) ermittelt wird, wobei die Übertragungsfähigkeit (M_LK) des wenigstens einen Schaltelements (9, 14) in Abhängigkeit von dieser Differenz eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsfähigkeit (M_LK) des Schaltelements (9, 14) auf wenigstens annähernd Null eingestellt wird, wenn das Soll-Gesamtsperrmoment (M_SGS) der Getriebeeinrichtung (8, 13) kleiner oder gleich dem mechanischen Selbstsperrmoment (M_SS) der Getriebeeinrichtung (8, 13) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Selbstsperrmoment (M_SS) der Getriebeeinrichtung (8, 13) in Abhängigkeit der bestimmten Übertragungsfähigkeit (M_LK) des Schaltelementes (9, 14) variiert und die Übertragungsfähigkeit (M_LK) in Abhängigkeit des übertragungsfähigkeitseitig korrigierten mechanischen Selbstsperrmoments (M_SS) angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Selbstsperrmoments (M_SS) in Abhängigkeit eines Kennfeldes ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass über die kennfeldabhängige Ermittlung des mechanischen Selbstsperrmoments (M_SS) neben einer Abhängigkeit des mechanischen Selbstsperrmoments (M_SS) von dem an der Eingangswelle (15B) anliegenden Drehmoment auch eine Abhängigkeit des mechanischen Selbstsperrmoments (M_SS) von wenigstens einem weiteren Parameter, insbesondere einer Differenzdrehzahl der Ausgangswellen (10A, 10B), eines Vorzeichens der Differenzdrehzahl zwischen den Ausgangswellen (10A, 10B), einer Betriebstemperatur der Getriebeeinrichtung (8, 13), einer Laufleistung der Getriebeeinrichtung (8, 13) und/oder eines Betätigungsparameters des wenigstens einen Schaltelements (9, 14), berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Schaltelement (9, 14) als hydraulisch betätigbares reibschlüssiges Schaltelement, insbesondere als Lamellenkupplung, ausgebildet ist, wobei die Übertragungsfähigkeit (M_LK) des Schaltelements (9, 14) durch einen an das Schaltelement (9, 14) anlegbaren Betätigungsdruck betriebszustandsabhängig einstellbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Selbstsperrmoment (M_SS) der Getriebeeinrichtung (8, 13) in jedem Betriebspunkt ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinrichtung (13) als Differentialgetriebe mit einer von dem wenigstens einen Schaltelement (14) gebildeten Differentialsperre ausgebildet ist, wobei ein an der Eingangswelle anliegendes Drehmoment mit variierbarem Verteilungsgrad zwischen zwei Seitenwellen einer antreibbaren Fahrzeugachse verteilt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinrichtung (8) als ein Längsverteilergetriebe ausgebildet ist, wobei ein an der Eingangswelle anliegendes Drehmoment mit variierbarem Verteilungsgrad zwischen wenigstens zwei Fahrzeuglängswellen (15A, 15B) verteilt wird.