DE102012004931B4

DE102012004931B4 - Verfahren zum Zu- und Abschalten eines Allradantriebs

Info

Publication number: DE102012004931B4
Application number: DE102012004931.5A
Authority: DE
Inventors: Johann Märkl
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2012-03-10
Filing date: 2012-03-10
Publication date: 2019-03-14
Anticipated expiration: 2032-03-11
Also published as: DE102012004931A1; WO2013135356A1

Abstract

Verfahren zum Zu- und Abschalten eines Allradantriebs von Kraftfahrzeugen, bei dem eine Antriebsachse (18, 20) automatisch bei einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und bei einem Abtriebsmoment eines Geschwindigkeits-Wechselgetriebes (12) durch Lösen zumindest einer Trennkupplung (22) vom Antriebsaggregat abkuppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkuppeln durch Auswertung einer in einem elektronischen Steuergerät (24) abgelegten Zuordnungstabelle (34) gesteuert wird, mittels der alleine in Abhängigkeit von sowohl einem auswählbaren Economy-, Normal- oder Powermodus (E, N, P) einer Fahrprogrammsteuerung als auch eines geschalteten Ganges das Abkuppeln der Trennkupplung (22) gesteuert wird, und dass die Steuerparameter des Allradantriebs im Economy-Modus (E) auf eine im Vergleich zum Normalmodus (N) kraftstoffsparende Fahrweise und im Powermodus (P) auf eine im Vergleich zum Normalmodus (N) sportliche Fahrweise abgestimmt ist, die höhere Beschleunigungen ermöglicht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zu- und Abschalten eines Allradantriebs von Kraftfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Üblicherweise erfolgt bei einem Fahrzeug mit Allradantrieb die Abschaltung einer Antriebsachse, sobald der Antrieb über eine zweite Achse nicht mehr erforderlich ist. Die Zuschaltung der zweiten Achse kann situationsbedingt, zum Beispiel bei Erkennen von Schlupf, erfolgen, und zwar unter Berücksichtigung mehrerer Faktoren, etwa Geschwindigkeit, Lenkwinkel, Temperatur, Straßenzustand, Fahrweise oder Fahrereinstufung. Ein derart durchgeführter Zu- und Abschaltvorgang ist jedoch mit einer aufwändigen Sensorik bzw. mit hohem Steuerungsaufwand verknüpft.
Zudem ist zur Durchführung eines solchen Zu- und Abschaltvorgangs ein leistungsfähiges und daher kostenintensives Steuergerät erforderlich, das einen entsprechend großen Bauraum einnimmt sowie ein großes Gewicht aufweist.
Durch die DE 10 2005 024 757 A1 ist ein Verfahren zum Zu- und Abschalten eines Allradantriebs von Einsatzfahrzeugen oder Arbeitsmaschinen bekannt, bei dem als Abschaltkriterien die Geschwindigkeit und das GetriebeAbtriebsmoment ausgewertet werden. Die eine Antriebsachse wird dabei abgeschaltet, wenn ein Geschwindigkeits-Schwellwert > V2 und ein Getriebeabtriebsmoment < T Ab2 vorliegt. Vereinfacht ausgedrückt soll bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten und geringerer Last der Allradantrieb abgeschaltet werden, um gegebenenfalls auftretende Wirkungsgradverluste im Antriebssystem auszuschließen.
Aus der DE 10 2005 024 757 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Zu- bzw. Abschaltung des Allradantriebs bei Einsatzfahrzeugen und Arbeitsmaschinen bekannt, die keine Längssperren aufweisen. Aus der EP 1 868 836 B1 , aus der DE 100 60 897 A1 und aus der DE 10 2008 022 939 A1 sind weitere Verfahren zum Zu- und Abschalten eines Allradantriebs bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein mit wenig Sensorik bzw. Steuerungsaufwand durchführbares Verfahren aufzuzeigen, das dennoch den Anforderungen insbesondere von Personenkraftfahrzeugen, und gegebenenfalls mit sportlicher Ausrichtung, gerecht wird.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass der Allradantrieb in den oberen Gängen weder wegen Traktion noch aus fahrdynamischen Gründen erforderlich ist. Entsprechend kann daher die Ab-/Zuschaltung im Wesentlichen gangabhängig bzw. in Abhängigkeit von Signalen erfolgen, die ohne eigenes Steuergerät im Fahrzeug erzeugt werden, zum Beispiel von einem Schalter in oder am Getriebe oder von einem bereits vorhandenen Steuergerät. Vor diesem Hintergrund wird das Abkuppeln der einen Antriebsachse durch Auswertung des geschalteten Ganges im Wechselgetriebe gesteuert. Damit gelingt es mit steuerungstechnisch einfachsten Mitteln, das Kraftfahrzeug in den niedrigeren Gängen bei relativ hohen Abtriebsmomenten im Allradantrieb zu betreiben, während in den höheren Gängen und damit bei höherer Geschwindigkeit die Antriebsachse automatisch abgeschaltet wird.
Zur Auswertung des geschalteten Ganges kann in vorteilhafter Weise eine gegebenenfalls bereits vorhandene Gangerkennungseinrichtung am Wechselgetriebe oder eine im Kraftfahrzeug vorhandene Schaltanzeige verwendet werden. Deren Signale können dann unmittelbar auch zur Steuerung des Zu- und Abschaltens des Allradantriebs verwendet werden.
Das Kraftfahrzeug ist mit einer Fahrprogrammsteuerung versehen, wobei das Abschalten der Antriebsachse auch abhängig von dem gewählten Fahrprogramm gesteuert wird.
Das Fahrprogramm weist einen Economy-Modus E auf, bei dem bereits bei niedrigeren Gängen relativ zu einem Normalmodus N die Antriebsachse abgeschaltet wird. Dabei wird davon ausgegangen, dass in diesem E-Modus kraftstoffsparend mit niedrigerer Lastanforderung gefahren wird und somit früher der Allradantrieb problemlos abgeschaltet werden kann.
Das Kraftfahrzeug weist ein sportlich ausgerichtetes Fahrprogramm mit einem Power-Modus P auf, in dem unabhängig von dem geschalteten Gang keine Abschaltung der Antriebsachse erfolgt, der Allradantrieb also durchgängig aufrechterhalten ist. Dies stellt insbesondere bei starken Motorisierungen eine sichere Übertragung der Antriebsleistung auf die Fahrbahn sicher.
Zur Erzielung einer steuerungstechnisch einfachen Auswertung ist in einem elektronischen Steuergerät eine Zuordnungstabelle abgelegt, mittels der gangabhängig und fahrprogrammabhängig die Abschaltung der Antriebsachse gesteuert wird.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass unabhängig vom Vorhandensein eines Fahrprogramms ein willkürlich betätigbarer Schalter in der Steuerung verwendet wird, mittels dem das Abschalten der Antriebsachse unterbindbar ist. Dies kann insbesondere bei widrigen Straßenverhältnissen (zum Beispiel Glatteis) bei geringem, baulichen Mehraufwand von Vorteil sein, um ein Umschalten der Antriebsart (Allradantrieb, kein Allradantrieb) auszuschließen.
Schließlich wird zur Vermeidung von Wirkungsgradverlusten bei abgeschalteten Allradantrieb vorgeschlagen, dass die Antriebsachse bzw. deren Achsdifferenzial über eingangsseitig und ausgangsseitig angeordnete Kupplungen vom Antriebsaggregat mit dem Wechselgetriebe und von den Rädern der Antriebsachse vollständig abgekoppelt wird, also im Fahrbetrieb stillgesetzt ist.
Erfindungsgemäß kann die Abschaltung des Allradantriebs manuell mit eigenem Schalter erfolgen.
Zusammenfassend erfolgt daher der Zuschaltvorgang des Allradantriebs erfindungsgemäß nicht situationsbedingt, zum Beispiel durch Erkennen von Schlupf, sondern gangabhängig, also nur bei einem Gangwechsel (in einen niedrigeren Gang). Dadurch ergeben sich wesentlich niedrigere Anforderungen an die Aktuatorik der Trennkupplungen bezüglich Ansprechverhalten, Regelgüte, etc.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 in skizzenhafter Darstellung ein Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs mit zu- und abschaltbaren Allradantrieb und einer von den Getriebegängen und einem Fahrprogramm abhängigen Steuerung der Trennkupplungen; und
2 eine in der Steuerung der Trennkupplungen abgelegte Zuordnungstabelle der Schaltzustände in den geschalteten Gängen.

In der 1 ist grob schematisch ein Antriebssystem 10 für Kraftfahrzeuge mit Allradantrieb gezeigt, bei dem eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine in üblicher Weise auf ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe 12 abtreibt.
Das Geschwindigkeits-Wechselgetriebe 12 treibt über ein integriertes Vorderachsdifferenzial (nicht dargestellt) auf eine vordere Antriebsachse 14 (mit Pfeilen angedeutet) des Kraftfahrzeugs und über eine Kardanwelle 16 auf ein hinteres Achsdifferenzial 18 und dieses über Abtriebswellen 20 (ebenfalls mit Pfeilen angedeutet) auf die hinteren Räder des Kraftfahrzeugs.
In die Kardanwelle 16 und in die Abtriebswellen 20 sind allgemein mit 22 bezeichnete Trennkupplungen eingeschaltet, die zum Beispiel hydraulisch beaufschlagbare Lamellenkupplungen sein können und über die die hintere Antriebsachse mit der Kardanwelle 16 und dem Achsdifferenzial 18 eingangsseitig vom Geschwindigkeits-Wechselgetriebe 12 und ausgangsseitig von den hinteren Rädern abkuppelbar sind.
Zur Steuerung des Abschaltens des Allradantriebs des Kraftfahrzeugs durch Öffnen der drei Trennkupplungen 22 ist ein einfaches, elektronisches Steuergerät 24 vorgesehen, das über eine Signalleitung 26 an eine Gangerkennungseinrichtung 28 angeschlossen ist und das definierte Signale für die geschalteten Vorwärtsgänge (im Ausführungsbeispiel 1 bis 7) und den Rückwärtsgang R abgibt.
Ferner weist das Kraftfahrzeug eine Wähleinrichtung für Fahrprogramme auf, die über eine weitere Signalleitung 30 auch dem Steuergerät 24 übermittelt werden.
Die Fahrprogramme können zum Beispiel ein Economy-Modus (E), ein Normal-Modus (N) und ein Power-Modus (P) sein.
Im Economy-Modus E sind die Steuerparameter der Brennkraftmaschine und des Geschwindigkeits-Wechselgetriebes 12 (insbesondere bei automatisierten Schaltfolgen) auf eine kraftstoffsparende Fahrweise und im Powermodus P auf eine sportliche, höhere Beschleunigungen ermöglichende Fahrweise des Kraftfahrzeugs abgestimmt.
Im Steuergerät 24 ist eine Zuordnungstabelle 34 (2) elektronisch abgelegt, die gangabhängig und abhängig vom Fahrprogramm die Abschaltung des Allradantriebs bzw. der hinteren Antriebsachse 18, 20 steuert, indem die Trennkupplungen 22, wie mit den Steuerleitungen 32 angedeutet, entsprechend angesteuert werden. Die dazu erforderlichen, hydraulischen Steuerventile oder Wegeventile können üblicher Bauart sein.
In der Zuordnungstabelle 34 gemäß 2 sind die Schaltzustände 1 (für Allradantrieb geschaltet) und 0 (Allradantrieb abgeschaltet) des Steuergeräts 24 abhängig vom eingestellten Fahrprogramm E, N, P in der horizontalen Zeile und gangabhängig in der jeweiligen, vertikalen Spalte dargestellt.
Gemäß der abgelegten Zuordnungstabelle 34 liegt Allradantrieb im E-Modus nur in den Vorwärtsgängen 1 und 2 sowie im Rückwärtsgang R an.
Im Normalmodus N wird der Allradantrieb nur bei den Vorwärtsgängen 6 und 7 abgeschaltet, während im Powermodus P keine Abschaltung des Allradantriebs durchgeführt wird.
In der Steuerleitung 32 ist ferner ein willkürlich betätigbarer Schalter 36 vorgesehen, mittels dem die Abschaltung des Allradantriebs des Kraftfahrzeugs unabhängig von den Gangstellungen des Geschwindigkeits-Wechselgetriebes 12 und unabhängig von dem eingestellten Fahrprogramm unterbindbar ist.
Das beschriebene Verfahren zum Abschalten des Allradantriebs eines Kraftfahrzeugs ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Weist das Kraftfahrzeug keine wählbaren Fahrprogramme auf, so kann in einer vereinfachten Ausführung nur eine gangabhängige Auswertung erfolgen, zum Beispiel gemäß Spalte N in der Zuordnungstabelle 34. Gegebenenfalls kann dann ein separates Steuergerät 24 entfallen und eine Steuerung direkt über die Gangerkennungseinrichtung 28 oder über die Signale einer Schaltanzeige (nicht dargestellt) durchgeführt werden.
Das Geschwindigkeits-Wechselgetriebe 12 oder ein vergleichbares, automatisches Getriebe kann auch mehr oder weniger Vorwärtsgänge als beschrieben aufweisen. Ferner kann eine Abschaltung des Allradantriebs auch in weniger oder mehr Vorwärtsgängen des Geschwindigkeits-Wechselgetriebes 12 vorgenommen werden.

Claims

Verfahren zum Zu- und Abschalten eines Allradantriebs von Kraftfahrzeugen, bei dem eine Antriebsachse (18, 20) automatisch bei einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und bei einem Abtriebsmoment eines Geschwindigkeits-Wechselgetriebes (12) durch Lösen zumindest einer Trennkupplung (22) vom Antriebsaggregat abkuppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkuppeln durch Auswertung einer in einem elektronischen Steuergerät (24) abgelegten Zuordnungstabelle (34) gesteuert wird, mittels der alleine in Abhängigkeit von sowohl einem auswählbaren Economy-, Normal- oder Powermodus (E, N, P) einer Fahrprogrammsteuerung als auch eines geschalteten Ganges das Abkuppeln der Trennkupplung (22) gesteuert wird, und dass die Steuerparameter des Allradantriebs im Economy-Modus (E) auf eine im Vergleich zum Normalmodus (N) kraftstoffsparende Fahrweise und im Powermodus (P) auf eine im Vergleich zum Normalmodus (N) sportliche Fahrweise abgestimmt ist, die höhere Beschleunigungen ermöglicht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auswertung des geschalteten Ganges eine Gangerkennungseinrichtung (28) oder eine Schaltanzeige verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Vergleich zum Normalmodus (N) im E-Modus (E) bereits bei niedrigeren Gängen (3 bis 5) die Antriebsachse (18, 20) abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Powermodus (P) unabhängig von dem geschalteten Gang keine Abschaltung der Antriebsachse (18, 20) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (24) über eine Steuerleitung (32) die Trennkupplung (22) ansteuert, und dass in der Steuerleitung (32) ein willkürlich betätigbarer Schalter (36) vorgesehen ist, mittels dem das Abschalten der Antriebsachse (18, 20) unterbindbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Geschwindigkeits-Wechselgetriebe (12) über eine Kardanwelle (16) auf ein hinteres Achsdifferenzial (18) abtreibt und dieses über Abtriebswellen (20) auf hintere Räder des Kraftfahrzeugs abtreibt, und dass in die Kardanwelle (16) und in die Abtriebswellen (20) insgesamt drei Trennkupplungen (22) eingeschaltet sind, so dass das hintere Achsdifferenzial (18) über die drei Trennkupplungen (22), die an der Eingangsseite und an der Ausgangsseite des hinteren Achsdifferenzials (18) angeordnet sind, vom Antriebsaggregat mit dem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe (12) und von den hinteren Rädern des Kraftfahrzeugs vollständig abgekoppelt wird.