DE202017107060U1

DE202017107060U1 - Steuersystem für Fahrzeugtraktion und Allradantrieb

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Publication number: DE202017107060U1
Application number: DE202017107060.3U
Authority: DE
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-11-23
Filing date: 2017-11-21
Publication date: 2017-12-04
Anticipated expiration: 2027-11-22
Also published as: CN108099592B; CN108099592A; US10300918B2; US20180141558A1

Abstract

Fahrzeug, umfassend: eine erste und zweite Achse, die über eine Antriebswelle gekoppelt sind; eine erste und zweite Kupplung, die konfiguriert sind, um die Antriebswelle von Lasten, die durch die erste bzw. zweite Achse übertragen werden, zu trennen, wenn sie offen sind; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass eine Differenz zwischen den Ausgangsdrehzahlen der ersten und zweiten Achse einen ersten Schwellenwert übersteigt, die zweite Kupplung zu schließen, die Differenz zu reduzieren, so dass sie unter einem zweiten Schwellenwert liegt, und die erste Kupplung zu schließen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Fahrzeugtraktion-Steuersysteme und Fahrzeugallradantrieb-Steuersysteme.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Fahrzeuge können Traktionssteuer- und Allradantriebssysteme beinhalten, die konzipiert sind, um die Mobilität, Stabilität und Berechenbarkeit des Fahrzeugs zu verbessern.
KURZDARSTELLUNG
Ein Fahrzeug beinhaltet eine erste Achse, eine zweite Achse, eine erste Kupplung, eine zweite Kupplung und eine Steuerung. Die erste und zweite Achse sind über eine Antriebswelle gekoppelt. Die erste und zweite Kupplung sind konfiguriert, um die Antriebswelle von Lasten, die über die erste bzw. zweite Achse übertragen werden, zu trennen, wenn sie offen sind. Die Steuerung ist dazu programmiert, als Reaktion darauf, dass eine Differenz zwischen den Ausgangsdrehzahlen der ersten und zweiten Achse einen ersten Schwellenwert übersteigt, die zweite Kupplung zu schließen, die Differenz zu reduzieren, so dass sie unter einem zweiten Schwellenwert liegt, und die erste Kupplung zu schließen.
Ein Fahrzeug beinhaltet eine erste Achse, eine zweite Achse, eine Antriebswelle und eine Steuerung. Die erste Achse weist ein erstes Differentialgetriebe und eine erste Kupplung auf. Das erste Differentialgetriebe beinhaltet eine erste und zweite Ausgangswelle, die jeweils an eines von einem Paar von ersten Rädern gekoppelt sind. Die zweite Achse weist ein zweites Differentialgetriebe auf, das eine dritte und vierte Ausgangswelle beinhaltet, die jeweils an eines von einem Paar von zweiten Rädern gekoppelt sind, und eine zweite Kupplung. Die zweite Kupplung ist konfiguriert, um eines von dem Paar von zweiten Rädern von der vierten Ausgangswelle zu trennen, wenn sie in einer offenen Position ist. Die Antriebswelle ist über die erste Kupplung selektiv an einen Träger des ersten Differentialgetriebes gekoppelt und ist über eine feste Getriebeübersetzungsanordnung an einen Träger des zweiten Differentialgetriebes gekoppelt. Die Steuerung ist dazu programmiert, als Reaktion darauf, dass eine Differenz zwischen einer Drehzahl des ersten Paars von Rädern und einer Drehzahl des zweiten Paars von Rädern einen ersten Schwellenwert übersteigt, während die erste und zweite Kupplung in geöffneten Positionen sind, die zweite Kupplung zu schließen. Die Steuerung ist auch dazu programmiert, als Reaktion auf das Schließen der zweiten Kupplung die Differenz auf einen Wert zu reduzieren, der geringer als ein zweiter Schwellenwert ist. Die Steuerung ist ferner dazu programmiert, als Reaktion auf das Reduzieren der Differenz auf einen Wert, der geringer als der zweite Schwellenwert ist, die erste Kupplung zu schließen.
Ein Verfahren beinhaltet, als Reaktion darauf, dass eine Differenz zwischen den Ausgangsdrehzahlen der ersten und zweiten Achse eines Fahrzeugs einen ersten Schwellenwert übersteigt, Schließen einer ersten Kupplung, um ein Traktionsrad an einen Ausgang der ersten Achse zu koppeln, Reduzieren der Differenz auf einen Wert, der geringer als ein zweiter Schwellenwert ist, und Schließen einer zweiten Kupplung, um einen Eingang der ersten Achse an einen Ausgang der zweiten Achse zu koppeln.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines repräsentativen Fahrzeugs und eines repräsentativen Antriebsstrangs;
2 ist eine Kurve, die die Drehzahlen und das Ausgangsdrehmoment der Antriebsräder des Fahrzeugs veranschaulicht; und
3 ist ein Verfahren zum Steuern des Antriebsstrangs des Fahrzeugs.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hier beschrieben. Es ist versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele darstellen und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Einzelheiten von bestimmten Komponenten zu zeigen. Dementsprechend sind hierin offenbarte konkrete bauliche und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Basis, um einem einschlägigen Fachmann die unterschiedliche Verwendung der Ausführungsformen zu lehren. Wie der Durchschnittsfachmann verstehen wird, können verschiedene Merkmale, die dargestellt und unter Bezugnahme auf beliebige der Figuren beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich dargestellt oder beschrieben sind. Die Kombinationen von dargestellten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, welche mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, können jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen erwünscht sein.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine schematische Darstellung, die für ein Fahrzeug 10 und einen Fahrzeugantriebsstrang 12 repräsentativ ist, veranschaulicht. Das Fahrzeug 10 kann ein Fahrzeug mit Allradantrieb (all-wheel-drive – AWD) sein, bei dem der Antriebsstrang 12 in der Lage ist, Leistung an alle Räder des Fahrzeugs zu liefern, entweder ständig oder nach Bedarf. Der Antriebsstrang 12 beinhaltet Antriebsmaschinen und leistungserzeugende Komponenten (d. h. Motoren oder Elektromotoren) und den Antrieb. Der Antrieb ist die Gruppe von Komponenten, die Leistung an die Antriebsräder liefern, ohne die leistungserzeugenden Komponenten. Im Gegensatz dazu wird der Antriebsstrang 12 so angesehen, dass er sowohl die leistungserzeugenden Komponenten als auch den Antrieb beinhaltet. Der Antriebsstrang 12 umfasst einen Motor 14 und ein Getriebe 16. Der Antriebsstrang 12 kann alternativ oder zusätzlich zum Motor 14 einen Elektromotor als eine Antriebsmaschine beinhalten. Wenn ein Elektromotor als eine Alternative zum Motor 14 verwendet wird, sollte er so konstruiert sein, dass er alle Funktionen des Motors 14, wie hierin beschrieben, durchführt. Das Getriebe 16 kann Getriebeübersetzungsanordnungen beinhalten, die konfiguriert sind, mehrfache Übersetzungsverhältnisse zwischen einem Eingang und einem Ausgang des Getriebes 16 bereitzustellen. Der Motor 14 ist mit dem Eingang des Getriebes 16 verbunden, während die Antriebskomponenten, die konfiguriert sind, um Leistung an die Antriebsräder 18 zu liefern, mit Ausgängen des Getriebes 16 verbunden sind. Der Motor 14 kann über einen Drehmomentwandler oder eine Anfahrkupplung mit dem Eingang des Getriebes verbunden sein.
Eine Getriebeübersetzungsanordnung ist eine Ansammlung von drehenden Elementen und Kupplungen, die konfiguriert sind, um bestimmte Drehzahlbeziehungen zwischen den Elementen durchzusetzen. Einige Drehzahlbeziehungen, genannt feste Drehzahlbeziehungen, werden ungeachtet des Zustands beliebiger Kupplungen durchgesetzt. Eine Getriebeübersetzungsanordnung, die nur feste Drehzahlbeziehungen durchsetzt, wird feste Getriebeübersetzungsanordnung genannt. Andere Drehzahlbeziehungen werden nur durchgesetzt, wenn bestimmte Kupplungen voll eingerückt sind. Eine Getriebeübersetzungsanordnung, die selektiv Drehzahlbeziehungen durchsetzt, wird schaltbare Getriebeübersetzungsanordnung genannt. Ein Getriebe mit getrennten Gängen weist eine schaltbare Getriebeübersetzungsanordnung auf, die selektiv eine Vielfalt von Drehzahlverhältnissen zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle durchsetzt.
Eine Gruppe von Elementen sind fest aneinandergekoppelt, wenn sie eingeschränkt werden, um als eine Einheit bei allen Betriebsbedingungen zu drehen. Die Elemente können durch Keilverbindungen, Schweißen, Presspassung, maschinelle Bearbeitung aus einem gemeinsamen Festkörper, oder andere Mittel fest gekoppelt sein. Geringe Variationen bei der drehenden Verlagerung zwischen fest gekoppelten Elementen können auftreten, wie eine Verlagerung aufgrund von Spiel- oder Wellenkonformität. Demgegenüber werden zwei Elemente durch eine Kupplung selektiv gekoppelt, wenn die Kupplung sie einschränkt, damit sie als eine Einheit drehen, wann immer die Kupplung voll eingerückt ist, und sie sind bei mindestens einigen anderen Betriebsbedingungen frei, um mit unterschiedlichen Drehzahlen zu drehen. Kupplungen beinhalten aktiv gesteuerte Vorrichtungen, wie hydraulisch oder elektrisch betätigte Kupplungen, und passive Vorrichtungen, wie Freilaufkupplungen. Eine Kupplung, die ein Element gegen eine Drehung hält, indem das Element selektiv mit einer feststehenden Komponente, wie etwa dem Getriebegehäuse, verbunden wird, kann Bremse genannt werden.
Das Getriebe 16 kann ein Hinterachsgetriebe sein, das sowohl Getriebeübersetzungselemente, die mehrfache Übersetzungsverhältnisse zwischen einem Eingang und einem Ausgang des Getriebes 16 bereitstellen, als auch ein Differentialgetriebe beinhaltet, das als das Vorderachsdifferentialgetriebe 20 bezeichnet werden kann. Das Vorderachsdifferentialgetriebe 20 kann den Ausgang des Getriebes 16 umfassen. Das Vorderachsdifferentialgetriebe 20 beinhaltet einen Träger 22, Ausgleichskegelräder (oder Kegelräder) 24, die drehbar an den Träger 22 gekoppelt sind, und Ausgangswellen (oder Halbwellen) 26, die Kegelräder 28 beinhalten, die mit den Ausgleichskegelrädern 24 kämmen. Die Ausgangswellen 26 sind jeweils fest an ein Antriebsrad 18 gekoppelt. Das Fahrzeug 10 kann außerdem eine Leistungsübertragungseinheit (power transfer unit – PTU) 30 beinhalten. Die PTU 30 kann auch als eine Leistungsstarteinheit bezeichnet werden. Die PTU 30 kann ein Hohlrad 32 beinhalten, das über eine Leistungsübertragungseinheitskupplung (PTU-Kupplung) 34 selektiv an den Träger 22 gekoppelt ist. Die PTU-Kupplung 34 kann eine Klauenkupplung sein. Zusammen können das Vorderachsdifferentialgetriebe 20 (einschließlich des Trägers 22, der Ausgleichskegelräder 24, der Ausgangswellen 26, der Kegelräder 28 usw.) und die PTU 30 (einschließlich des Hohlrads 32 und der PTU-Kupplung 34) als die Vorderachse 36 bezeichnet werden. Die Vorderachse 36 kann auch die Antriebsräder 18, die fest an die Ausgangswellen 26 gekoppelt sind, beinhalten oder nicht. Die Ausgangswellen 26 und der Träger 22 können zusammen als Ausgänge der Vorderachse 36 dienen. Der Motor 14 (oder eine andere Antriebsmaschine) kann konfiguriert sein, um Leistung und/oder Drehmoment zu erzeugen und an die Vorderachse 36 zu übertragen.
Die Antriebswelle 38 kann konfiguriert sein, um die Vorderachse 36 an eine Hinterachse 40 zu koppeln. Genauer kann die Antriebswelle 38 ein erstes Kegelrad 42, das mit dem Hohlrad 32 der PTU 30 kämmt, und ein zweites Kegelrad 44, das mit dem Hohlrad 46, das an einem Träger 48 eines Hinterachsdifferentialgetriebes 50 fixiert ist, kämmt, beinhalten. Das Hinterachsdifferentialgetriebe 50 beinhaltet ebenfalls Ausgleichskegelrad (oder Kegelräder) 52, die drehbar an den Träger 48 gekoppelt sind, und Ausgangswellen (oder Halbwellen) 54, die Kegelräder 56 beinhalten, die mit den Ausgleichskegelrädern 52 kämmen. Die Ausgangswellen 54 sind jeweils fest an ein Antriebsrad 18 gekoppelt. Eine der Halbwellen 54 beinhaltet eine Heckantriebseinheitskupplung 58 (RDU(rear drive unit)-Kupplung), die konfiguriert ist, eines der Antriebsräder 18 mit dem Hinterachsdifferentialgetriebe 50 zu koppeln oder von diesem zu trennen. Zusammen können das Hinterachsdifferentialgetriebe 50 (einschließlich des Hohlrads 46, des Trägers 48, der Ausgleichskegelräder 52, der Ausgangswellen 54, der Kegelräder 56 usw.) und die RDU-Kupplung 58 als die Hinterachse 40 bezeichnet werden. Die Hinterachse 40 kann auch die Antriebsräder 18, die fest an die Ausgangswellen 54 gekoppelt sind, beinhalten oder nicht. Zusammen können das Hinterachsdifferentialgetriebe 50 (einschließlich des Hohlrads 46, des Trägers 48, der Ausgleichskegelräder 52, der Ausgangswellen 54, der Kegelräder 56 usw.) und die RDU-Kupplung 58, ohne die Antriebsräder 18, als die Heckantriebseinheit (RDU) bezeichnet werden. Wenn sowohl die PTU-Kupplung 34 als auch die RDU-Kupplung 58 in geschlossenen Positionen sind, wird Leistung und/oder vom Motor 14 erzeugtes Drehmoment von der Vorderachse 36 über die Antriebswelle 38 auf die Hinterachse 40 übertragen.
Die Vorderachse 36 kann als die erste Achse bezeichnet werden, während die Hinterachse 40 als die zweite Achse bezeichnet wird, oder umgekehrt. Das Vorderachsdifferentialgetriebe 20 kann als das erste Differentialgetriebe bezeichnet werden, während das Hinterachsdifferentialgetriebe 50 als das zweite Differentialgetriebe bezeichnet wird, oder umgekehrt. Der Träger 20, die Ausgleichskegelräder 24 und die Kegelräder 28 des Vorderachsdifferentialgetriebes 20 können jeweils als der erste Träger, als erster Satz von Ausgleichskegelrädern und als erster Satz von Kegelrädern bezeichnet werden, während der Träger 48, die Ausgleichskegelräder 52 und die Kegelräder 56 des Hinterachsdifferentialgetriebes 50 jeweils als der zweite Träger, als zweiter Satz von Ausgleichskegelrädern und als zweiter Satz von Kegelräder bezeichnet werden kann, oder umgekehrt. Die Ausgangswellen (oder Halbwellen) 26 des Vorderachsdifferentialgetriebes 20 können als die erste und zweite Ausgangswelle (oder Halbwelle) bezeichnet werden, während die Ausgangswellen (oder Halbwellen) 54 des Hinterachsdifferentialgetriebes 50 als die dritte und vierte Ausgangswelle (oder Halbwelle) bezeichnet werden können, oder umgekehrt. Die RDU-Kupplung 58 kann als die erste Kupplung bezeichnet werden, während die PTU-Kupplung 34 als die zweite Kupplung bezeichnet werden kann, oder umgekehrt.
Wenn die PTU-Kupplung 30 und die RDU-Kupplung 58 beide in der offenen Position sind, so dass das Hohlrad 32 von dem Träger 22 getrennt ist und eines der Antriebsräder von dem Hinterachsdifferentialgetriebe 50 getrennt ist, können parasitäre Verluste innerhalb des Antriebs verringert sein, da bestimmte Komponenten aufhören zu drehen. Wenn die PTU-Kupplung 30 und die RDU-Kupplung 58 beide in der offenen Position sind, hören insbesondere das Hohlrad 32, die Antriebswelle 38 und der Träger 48 des Hinterachsdifferentialgetriebes 50 auf zu drehen, wodurch parasitäre Verluste verringert werden und die gesamte Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs 10 erhöht wird.
Das Fahrzeug 10 beinhaltet ferner eine zugehörige Steuerung 60, etwa eine Antriebsstrangsteuereinheit (powertrain control unit – PCU). Obwohl als eine Steuerung veranschaulicht, kann die Steuerung 60 Teil eines größeren Steuersystems sein und kann durch verschiedene andere Steuerungen im gesamten Fahrzeug 10 gesteuert werden, wie etwa eine Fahrzeugsystemsteuerung (vehicle system controller – VSC). Es versteht sich daher, dass die Steuerung 60 und eine oder mehrere andere Steuerungen gemeinsam als eine „Steuerung” bezeichnet werden können, die verschiedene Aktoren als Reaktion auf Signale von verschiedenen Sensoren steuert, um Funktionen verschiedener Komponenten zu steuern.
Die Steuerung 60 kann konfiguriert sein, um Signale zu empfangen, die die Raddrehzahl jedes einzelnen Antriebsrads 18 angeben. Die Steuerung 60 kann die Signale von Drehzahlsensoren 62 empfangen, die konfiguriert sind, die Rotationsgeschwindigkeit jedes einzelnen Antriebsrads 18 zu bestimmen. Die Steuerung 60 kann einen Algorithmus beinhalten, der konfiguriert ist, um die Rotationsgeschwindigkeit jedes einzelnen Antriebsrads 18 in eine Lineargeschwindigkeit umzuwandeln.
Die Steuerung 60 kann konfiguriert sein, um die Leistung, das Drehmoment und/oder die Drehzahlausgabe des Motors 14 (oder anderer Antriebsmaschinen, wie Elektromotoren in Elektro- oder Hybridfahrzeugen) auf Grundlage einer Gaspedal- und/oder Bremspedaleingabe oder einem anderen Zustand oder einer anderen Bedingung zu steuern, die eine Einstellung der Leistung, des Drehmoments und/oder der Drehzahlausgabe des Motors 14 (oder einer anderen Antriebsmaschine) erfordern. Die Steuerung 60 kann ferner konfiguriert sein, um verschiedene Funktionen des Getriebes 16, wie etwa Schalten, auf Grundlage verschiedener Eingaben einschließlich der Gaspedal- und/oder Bremspedaleingabe, einer Nutzbremsungsanforderung (in Fahrzeugen, die elektrische Generatoren beinhalten, die zum Aufladen einer Batterie konfiguriert sind), anderen Bedienereingaben (wie Verändern der Position eines Getriebegangwählhebels) usw. zu steuern.
Die Steuerung 60 kann konfiguriert sein, um Reibbremsen 64 (oder deren Aktoren) auf Grundlage einer Eingabe vom Bremspedal oder eines anderen Zustands oder einer anderen Bedingung des Fahrzeugs 10, die ein Bremsen erfordern können, zu steuern. Zusätzlich kann die Steuerung 60 konfiguriert sein, um die PTU-Kupplung 34 (oder deren Aktoren) und die RDU-Kupplung 58 (oder deren Aktoren) zu steuern. Aktoren können Elektromotoren, Elektromagnete, mit Hydraulikzylinder verbundene Ventile, mit pneumatischen Zylindern verbundene Ventile oder einen beliebigen anderen, auf dem Gebiet bekannten Aktor beinhalten. Genauer kann die Steuerung 60 konfiguriert sein, um sowohl die PTU-Kupplung 34 als auch die RDU-Kupplung 58 auf Grundlage eines Bedarfs, parasitäre Verluste zu verringern und Kraftstoffeffizienz zu erhöhen, zu öffnen. Alternativ kann die Steuerung 60 konfiguriert sein, um sowohl die PTU-Kupplung 34 als auch die RDU-Kupplung 58 auf Grundlage eines Bedarfs, Leistung zu den Antriebsrädern 18 sowohl der Vorderachse 36 als auch der Hinterachse 40 bereitzustellen, zu schließen.
Die Steuerung 60 kann einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit (ZVE) in Kommunikation mit verschiedenen Arten von computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien beinhalten. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können flüchtige und nichtflüchtige Speicher beispielsweise im Festspeicher (ROM), im Arbeitsspeicher (RAM) und im Keep-Alive-Speicher (KAM) beinhalten. Beim KAM handelt es sich um einen persistierenden oder nichtflüchtigen Speicher, welcher zum Speichern verschiedener Betriebsvariablen verwendet werden kann, während die ZVE heruntergefahren ist. Computerlesbare Speichergeräte oder -medien können unter Verwendung einer Reihe von bekannten Speichergeräten umgesetzt sein, wie beispielsweise PROM (programmierbare Festspeicher), EPROM (elektronische PROM), EEPROM (elektronische löschbare PROM), Flash-Speicher oder andere elektronische, magnetische, optische oder Kombi-Speichergeräte, welche in der Lage sind, Daten zu speichern, von welchen einige ausführbare Anweisungen darstellen, die durch die Steuerung beim Steuern des Motors 14 oder des Fahrzeugs 10 verwendet werden.
Von der Steuerung 60 durchgeführte Steuerlogik oder -funktionen können in einer oder mehreren Figuren durch Ablaufdiagramme, Kurven oder ähnliche Diagramme dargestellt sein. Diese Figuren stellen repräsentative Steuerstrategien und/oder eine repräsentative Steuerlogik bereit, welche unter Verwendung einer oder mehrerer Verarbeitungsstrategien implementiert werden können, wie beispielsweise ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multi-Tasking, Multi-Threading und dergleichen. Als solches können verschiedene veranschaulichte Schritte oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in manchen Fällen weggelassen werden. Wenngleich nicht immer ausdrücklich veranschaulicht, wird ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass einer oder mehrere der veranschaulichten Schritte oder Funktionen wiederholt durchgeführt werden können, je nach konkret eingesetzter Verarbeitungsstrategie. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht unbedingt erforderlich, um die hier beschriebenen Merkmale und Vorteile zu erzielen, sondern wird zur leichteren Darstellung und Beschreibung bereitgestellt. Die Steuerlogik kann primär in Software implementiert sein, die von einem Fahrzeug, einem Motor, einem Getriebe, einem Hinterachsgetriebe und/oder einer Antriebsstrangsteuerung, wie etwa der Steuerung 60, auf Mikroprozessorbasis ausgeführt wird. Natürlich kann die Steuerlogik in einer oder mehreren Steuereinrichtungen abhängig von der jeweiligen Anwendung in Software, Hardware, oder einer Kombination aus Software und Hardware implementiert sein. Bei Implementierung in Software kann die Steuerlogik in einer/einem oder mehreren computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien bereitgestellt sein, die gespeicherte Daten aufweisen, die Code oder Anweisungen darstellen, die von einem Computer zum Steuern des Fahrzeugs oder seiner Subsysteme ausgeführt werden. Die computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien können eine oder mehrere einer Anzahl bekannter physischer Vorrichtungen beinhalten, die elektrische, magnetische und/oder optische Speicherung nutzen, um ausführbare Anweisungen und zugehörige Kalibrierungsinformationen, Betriebsvariablen und dergleichen aufzubewahren.
Die Steuerung 60 kann konfiguriert sein, um verschiedene Zustände oder Bedingungen der verschiedenen in 1 veranschaulichten Fahrzeugkomponenten über elektrische Signale zu empfangen. Die elektrischen Signale können von den verschiedenen Komponenten über Eingangskanäle an die Steuerung 60 übermittelt werden. Außerdem können die von den verschiedenen Komponenten empfangenen elektrischen Signale eine Anforderung oder einen Befehl zum Verändern oder Ändern eines Zustands von einer oder mehreren der jeweiligen Komponenten des Fahrzeugs 10 angeben. Die Steuerung 60 beinhaltet Ausgangskanäle, die konfiguriert sind, um Anforderungen oder Befehle (über elektrische Signale) an die verschiedenen Fahrzeugkomponenten zu übermitteln. Die Steuerung 60 beinhaltet Steuerlogik und/oder Algorithmen, die konfiguriert sind, um auf Grundlage der Anforderungen, Befehle, Bedingungen oder Zustände der verschiedenen Fahrzeugkomponenten die Anforderungen oder Befehle zu erzeugen, die durch die Ausgangskanäle übermittelt werden.
Die Eingangskanäle und Ausgangskanäle sind in 1 als gestrichelte Linien dargestellt. Es versteht sich, dass eine einzelne gestrichelte Linie sowohl einen Eingangskanal als auch einen Ausgangskanal in ein einzelnes Element bzw. aus diesem heraus darstellen kann. Darüber hinaus kann ein Ausgangskanal in ein Element als ein Eingangskanal für ein anderes Element und umgekehrt fungieren.
Es versteht sich, dass die in 1 beschriebene Fahrzeugkonfiguration lediglich beispielhaften Charakters ist und nicht einschränkend sein soll. Andere nicht hybride, elektrische oder hybride Fahrzeugkonfigurationen sollten so betrachtet werden, dass sie hierin offenbart sind. Andere Fahrzeugkonfigurationen können unter anderem Mikrohybridfahrzeuge, Reihenhybridfahrzeuge, Parallelhybridfahrzeuge, Reihen-Parallel-Hybridfahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEV), Brennstoffzellen-Hybridfahrzeuge, batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEV) oder irgendeine andere einem Durchschnittsfachmann bekannte Fahrzeugkonfiguration beinhalten.
Bezugnehmend auf 2 ist eine Kurve 66, die die Drehzahlen und das Ausgangsdrehmoment des Antriebsräder 18 während eines beispielhafte Eingriffs der RDU-Kupplung 56 und der PTU-Kupplung 34 beinhaltet, veranschaulicht. Die Linie 68 und die Linie 70 beschreiben die Drehzahlen des vorderen rechten Antriebsrads und des vorderen linken Antriebsrads, die beide jeweils mit der Vorderachse 36 verbunden sind. Die Linie 72 und die Linie 74 beschreiben die Drehzahlen des hinteren rechten Antriebsrads und des hinteren linken Antriebsrads, die beide jeweils mit der Hinterachse 40 verbunden sind. Alle gezeigten Drehzahlen können entweder eine Rotationsgeschwindigkeit oder eine Lineargeschwindigkeit des einzelnen Antriebsrads darstellen. Die Linie 76 beschreibt das Ausgangsdrehmoment des Antriebsräder 18. Das Ausgangsdrehmoment der Antriebsräder 18 kann nur das an die Antriebsräder 18 an der Vorderachse 36 gelieferte Drehmoment beinhalten, wenn die PTU-Kupplung 34 und die RDU-Kupplung 58 beide in der offenen Position sind. Das Ausgangsdrehmoment der Antriebsräder 18 kann die Antriebsräder 18 an sowohl der Vorderachse 36 als auch der Hinterachse 40 beinhalten, wenn die PTU-Kupplung 34 und die RDU-Kupplung 58 beide in der geschlossenen Position sind. Die Linie 78 beschreibt eine Drehmomentgrenze, die von dem Traktionssteuersystem des Fahrzeugs 10 an dem Ausgangsdrehmoment der Antriebsräder 18 durchgesetzt wird, wenn das Fahrzeug 10 von einer Bedingung, bei der sowohl die PTU-Kupplung 34 als auch die RDU-Kupplung 58 geöffnet ist, zu einer Bedingung, bei der sowohl die PTU-Kupplung 34 als auch die RDU-Kupplung 58 geschlossen ist, übergeht. Die Linie 80 beschreibt eine Drehmomentgrenze, die am Ausgang der Antriebsräder 18 während eines Eingriffs der PTU-Kupplung 34 durchgesetzt ist.
Von Zeitpunkt t₀ bis Zeitpunkt t₁ ist sowohl die PTU-Kupplung 34 als auch die RDU-Kupplung 58 in einer offenen Position, um die parasitären Verluste, wie oben beschrieben, zu verringern. Das Drehmoment der Antriebsräder 18 steigt zwischen Zeitpunkt t₀ und Zeitpunkt t₁ an. Die Drehzahldifferenz zwischen den vorderen Antriebsrädern (d. h. vorderes rechtes Antriebsrad und vorderes linkes Antriebsrad) und den hinteren Antriebsrädern (d. h. hinteres rechtes Antriebsrad und hinteres linkes Antriebsrad) bleibt jedoch bei null oder nahe null, was angibt, dass kein oder ein vernachlässigbarer Radschlupf zwischen den vorderen Antriebsrädern und den hinteren Antriebsrädern vorliegt. Bei Zeitpunkt t₁ beginnt die Drehzahldifferenz zwischen den vorderen Antriebsrädern und den hinteren Antriebsrädern anzusteigen, was ein unerwünschtes Ausmaß an Radschlupf angibt. Genauer gesagt beginnt die Drehzahl der vorderen Antriebsräder, auf einen Wert anzusteigen, der größer als die Drehzahl der hinteren Antriebsräder ist. Nach dem Zeitpunkt t₁ schließt die RDU-Kupplung 58, wodurch der Träger 48 des Hinterachsdifferentialgetriebes 50 und die Antriebswelle 38 veranlasst werden, mit dem Drehen zu beginnen. Auch nach dem Zeitpunkt t₁, und insbesondere zum Zeitpunkt t₂, beginnt das Traktionssteuersystem mittels der vom Traktionssteuersystem 78 durchgesetzten Drehmomentgrenze, das Ausgangsdrehmoment der Räder 76 zu reduzieren. Insbesondere nach dem Zeitpunkt t₂ beginnen die vom Traktionssteuersystem durchgesetzten Steuerhandlungen, die aus einer Antriebsstrangdrehmomentreduktion über den Motor 14 oder eine andere Antriebsmaschine und/oder einer Anwendung von einer oder mehreren der Reibbremsen 64 bestehen können, das Ausgangsdrehmoment zu einem oder beiden der vorderen Antriebsräder zu reduzieren, da die PTU-Kupplung 34 immer noch in einer offenen Position ist, was verhindert, dass Drehmoment von der Vorderachse 36 auf die Hinterachse 40 übertragen wird. Zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ beginnt die Rotationsgeschwindigkeit des Trägers 48 des Hinterachsdifferentialgetriebes 50 und der Antriebswelle 38 aufgrund des Schließens der RDU-Kupplung 58 anzusteigen, während die Drehzahlen der vorderen Antriebsräder beginnen können, aufgrund der von der Traktionssteuerung durchgesetzten Steuerhandlungen, die die vom Traktionssteuersystem 78 durchgesetzte Drehmomentgrenze beinhalten können, abzunehmen.
Bei Zeitpunkt t₃ beginnt die Drehzahldifferenz zwischen den vorderen Antriebsrädern und den hinteren Antriebsrädern, sich einer kleinen oder Nulldifferenz anzunähern, was angibt, dass die Rotationsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen den gegenüberliegenden Seiten der PTU-Kupplung 34 klein genug ist, um der PTU-Kupplung 34 zu ermöglichen, mit dem Schließen zu beginnen, ohne Probleme mit Geräusch, Vibration oder Rauigkeit (noise, vibration, harshness – NVH) oder eine Beschädigung eines der drehenden Teile zu verursachen. Die Drehzahldifferenz zwischen den vorderen Antriebsrädern und den hinteren Antriebsrädern kann sich zwischen 0 und 4 Kilometer pro Stunde bewegen, was einer Rotationsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen den gegenüberliegenden Seiten der PTU-Kupplung 34, die sich zwischen 0 und 30 U/min bewegt, entspricht. Zwischen Zeitpunkt t₃ and t₄ geht die PTU-Kupplung 34 von der offenen Position in die geschlossene Position über. Auch während der Zeitspanne von t₃ bis t₄ verhindern die andauernden Steuerhandlungen des Traktionssteuersystems, die die am Ausgang der Antriebsräder 80 durchgesetzte Drehmomentgrenze beinhalten können, dass ein deutlicher Radschlupf während des Eingriffs der PTU-Kupplung 34 zurückkehrt. Am Ende der Zeitspanne von t₃ bis t₄ geht der Antriebsstrang 12 des Fahrzeugs 10 vollständig in einen AWD-Modus über, der Leistung und Drehmoment an alle vier der Antriebsräder liefert. Sobald der AWD-Modus eingetreten ist, ab dem Zeitpunkt t₄ und danach, wirkt das Traktionssteuersystem nicht mehr, um ein Verbindungsereignis der PTU-Kupplung 34 zu ermöglichen, und geht in einen AWD-Betriebsmodus über, der eine optimale AWD-Systemfunktion bereitstellt. Nach dem Zeitpunkt t₄ wird die am Ausgang der Antriebsräder 80 durchgesetzte Drehmomentgrenze aufgehoben. Ebenso kann nach dem Zeitpunkt t₄ ein geringes Ausmaß an Schlupf gemäß dem AWD-Betriebsmodus auftreten.
Bezugnehmend auf 3 ist ein Verfahren 100 zum Steuern des Antriebsstrangs 12 des Fahrzeugs 10 veranschaulicht. Das Verfahren 100 kann konfiguriert sein, um den Antriebsstrang 12 gemäß der Kurve in 2 zu steuern. Das Verfahren 100 kann als ein Algorithmus und/oder eine Steuerlogik innerhalb der Steuerung 60 gespeichert sein. Die Steuerung 60 kann konfiguriert sein, um das Verfahren 100 zu implementieren, indem elektrische Signale über Ausgangskanäle an verschiedene Komponenten (oder deren Aktoren) des Fahrzeugs 10 als Reaktion auf das Empfangen von elektrischen Signalen über Eingangskanäle von verschiedenen Komponenten des Fahrzeugs 10 gesandt werden.
Das Verfahren 100 wird bei Startblock 102 eingeleitet. Sobald das Verfahren eingeleitet ist, geht das Verfahren weiter zu Block 104, in dem bestimmt wird, ob eine Antriebswelle (d. h. die Antriebswelle 38), die an einen Eingang (d. h. den Träger 48 des Hinterachsdifferentialgetriebes 50) einer ersten Achse (d. h. der Hinterachse 40) gekoppelt ist, und den Ausgang (d. h. der Träger 22 des Vorderachsdifferentialgetriebes 20 oder das Hohlrad 32) einer zweiten Achse (d. h. der Vorderachse 36) gekoppelt ist, von Lasten, die durch die erste und zweite Achse übertragen werden, isoliert wurde. Die Antriebswelle kann von der ersten und zweiten Achse getrennt werden, wenn sich die PTU-Kupplung 34 und die RDU-Kupplung 58 in geöffneten Zuständen befinden, wie oben beschrieben. Wenn die Antriebswelle nicht von Lasten, die durch die erste und zweite Achse übertragen werden, isoliert wurde, endet das Verfahren bei Block 106. Wenn die Antriebswelle von Lasten, die über die erste bzw. zweite Achse übertragen werden, isoliert wurde, geht das Verfahren weiter zu Block 108.
Bei Block 108 wird bestimmt, ob die Differenz zwischen den Ausgangsdrehzahlen der ersten und zweiten Achse einen ersten Schwellenwert übersteigt. Die Drehzahl der ersten Achse kann entweder der Rotationsgeschwindigkeit oder der Lineargeschwindigkeit der Ausgangswellen 54 oder der Antriebsräder 18 der Hinterachse 40 entsprechen. Die Drehzahl der ersten Achse kann die durchschnittliche Rotations- oder Lineargeschwindigkeit der zwei Ausgangswellen 54 der Hinterachse 40 sein. Alternativ kann die Drehzahl der ersten Achse kann die durchschnittliche Rotations- oder Lineargeschwindigkeit der zwei Antriebsräder 18 der Hinterachse 40 sein. Die Drehzahl der zweiten Achse kann entweder der Rotationsgeschwindigkeit oder der Lineargeschwindigkeit der Ausgangswellen 26 oder der Antriebsräder 18 der Vorderachse 36 entsprechen. Die Drehzahl der zweiten Achse kann die durchschnittliche Rotations- oder Lineargeschwindigkeit der zwei Ausgangswellen 26 der Vorderachse 36 sein. Alternativ kann die Drehzahl der zweiten Achse kann die durchschnittliche Rotations- oder Lineargeschwindigkeit der zwei Antriebsräder 18 der Vorderachse 36 sein. Wenn die Differenz zwischen den Ausgangsdrehzahlen der ersten und zweiten Achse den ersten Schwellenwert nicht übersteigt, endet das Verfahren bei Block 106. Wenn die Differenz zwischen den Ausgangsdrehzahlen der ersten und zweiten Achse den ersten Schwellenwert übersteigt, geht das Verfahren weiter zu Block 110.
Bei Block 110 wird eine erste Kupplung (d. h. die RDU-Kupplung 58) geschlossen, um ein Traktionsrad 18 an einen Ausgang der Hinterachse 40 zu koppeln. Wenn die RDU-Kupplung geschlossen ist, kann die RDU-Kupplung 58 das Traktionsrad 18 an den Ausgang der Hinterachse 40 (oder den Ausgang des Hinterachsdifferentialgetriebes 50) koppeln, indem zwei separate Wellen, die eine einzelne Ausgangswelle 54 der Hinterachse 40 umfassen, gekoppelt werden. Wenn die RDU-Kupplung 58 offen ist, kann die RDU-Kupplung 58 das Traktionsrad 18 von dem Ausgang der Hinterachse 40 trennen, indem die zwei separaten Wellen, die die einzelne Ausgangswelle 54 der Hinterachse 40 umfassen, getrennt werden. Nach dem Schließen der RDU-Kupplung 58 beginnen der Träger 48 des Hinterachsdifferentialgetriebes 50 und die Antriebswelle 38 zu drehen, wie oben beschrieben.
Als nächstes geht das Verfahren weiter zu Block 112, in dem die Differenz zwischen den Ausgangsdrehzahlen der ersten Achse und der zweiten Achse auf einen Wert reduziert wird, der geringer als ein zweiter Schwellenwert ist. Die Drehzahldifferenz zwischen der ersten Achse und der zweiten Achse, die geringer als der zweite Schwellenwert ist, entspricht einer Rotationsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen den gegenüberliegenden Seiten der PTU-Kupplung 34, die gering genug ist, um der PTU-Kupplung 34 zu ermöglichen zu schließen, ohne NVH-Probleme oder eine Beschädigung eines der drehenden Teile zu verursachen, wie oben beschrieben wurde. Die Differenz zwischen den Ausgangsdrehzahlen der ersten Achse und der zweiten Achse kann reduziert werden, indem das Drehmoment zu den Ausgangswellen oder Antriebsrädern der zweiten Achse (d. h. der Vorderachse 36) reduziert wird. Die Drehmomentreduktion kann durch den Motor 14 oder eine andere Antriebsmaschine, eine Anwendung der Reibbremsen 64 oder eine Kombination daraus erreicht werden.
Sobald die Differenz zwischen den Ausgangsdrehzahlen der ersten Achse und der zweiten Achse auf einen Wert reduziert ist, der geringer als der zweite Schwellenwert ist, geht das Verfahren weiter zu Block 114, in dem eine zweite Kupplung (d. h. die PTU-Kupplung 34) geschlossen wird, um die Antriebswelle (d. h. die Antriebswelle 38) an einen Ausgang der zweiten Achse (d. h. den Träger 22 des Vorderachsdifferentialgetriebes 20 oder den Hohlring 32) zu koppeln. Sobald die zweite Kupplung geschlossen ist, kann das vom Motor 14 (oder einer anderen Antriebsmaschine) auf die erste und zweite Achse (d. h. die Ausgangswellen und/oder Antriebsräder der ersten und zweiten Achse) aufgebrachte Drehmoment erhöht werden. Bei Vollendung von Schritt 114 kann sich das Fahrzeug, wie oben beschrieben, in einem AWD-Modus befinden und die PTU-Kupplung 34 und die RDU-Kupplung 58 können jeweils so gesteuert werden, dass die Differenz zwischen den Ausgangsdrehzahlen der ersten Achse und der zweiten Achse innerhalb eines vorbestimmten Bereichs bleiben.
Es versteht sich, dass das Ablaufdiagramm in 3 nur zur Veranschaulichung dient und dass das Verfahren 100 nicht als auf das Ablaufdiagramm der 3 beschränkt ausgelegt werden soll. Einige der Schritte des Verfahrens 100 können umgeordnet werden, während andere vollständig weggelassen werden können.
Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie vorstehend beschrieben, können die Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um Ausführungsformen zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Obwohl verschiedene Ausführungsformen so beschrieben sein können, dass sie Vorteile bereitstellen oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen auf dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere erwünschte Eigenschaften bevorzugt sind, wird ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erreichen, welche von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen des Stands der Technik beschrieben werden, liegen somit nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Fahrzeug, umfassend: eine erste und zweite Achse, die über eine Antriebswelle gekoppelt sind; eine erste und zweite Kupplung, die konfiguriert sind, um die Antriebswelle von Lasten, die durch die erste bzw. zweite Achse übertragen werden, zu trennen, wenn sie offen sind; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass eine Differenz zwischen den Ausgangsdrehzahlen der ersten und zweiten Achse einen ersten Schwellenwert übersteigt, die zweite Kupplung zu schließen, die Differenz zu reduzieren, so dass sie unter einem zweiten Schwellenwert liegt, und die erste Kupplung zu schließen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend Reibbremsen, und wobei die Steuerung programmiert ist, um die Drehzahldifferenz durch Reduzieren einer Drehmomentausgabe der ersten Achse zu reduzieren, indem die Reibbremsen an Ausgangswellen der ersten Achse angewandt werden.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Ausgangsdrehzahl der ersten Achse auf einer durchschnittlichen Drehzahl der zwei Ausgangswellen der ersten Achse basiert und die Ausgangsdrehzahl der zweiten Achse auf einer durchschnittlichen Drehzahl der zwei Ausgangswellen der zweiten Achse basiert.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Antriebsmaschine, die konfiguriert ist, um Drehmoment zur ersten Achse zu übertragen, und wobei die erste Achse Drehmoment über die Antriebswelle zur zweiten Achse überträgt, wenn die erste und zweite Kupplung in geschlossenen Positionen sind.
Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei die Steuerung programmiert ist, um die Drehzahldifferenz durch Reduzieren einer Drehmomentausgabe zur ersten Achse zu reduzieren, indem das Drehmoment der Antriebsmaschine verringert wird.
Fahrzeug nach Anspruch 5, wobei die Steuerung programmiert ist, um als Reaktion auf das Schließen der ersten Kupplung das Drehmoment der Ausgangswellen der ersten und zweiten Achse zu erhöhen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die erste Achse ein Differentialgetriebe mit einem ersten Träger aufweist, die zweite Achse ein zweites Differentialgetriebe mit einem zweiten Träger aufweist und die Antriebswelle an den ersten und zweiten Träger gekoppelt ist.
Fahrzeug nach Anspruch 7, wobei die erste Kupplung die Antriebswelle selektiv an den ersten Träger koppelt.
Fahrzeug nach Anspruch 8, ferner umfassend ein Traktionsrad, und wobei die zweite Kupplung eine Ausgangswelle des zweiten Differentialgetriebes selektiv an ein Traktionsrad koppelt.
Fahrzeug, umfassend: eine erste Achse mit einem ersten Differentialgetriebe und einer ersten Kupplung, wobei das erste Differentialgetriebe eine erste und zweite Ausgangswelle beinhaltet, die jeweils an eines von einem Paar von ersten Rädern gekoppelt sind; eine zweite Achse mit einem zweiten Differentialgetriebe, das eine dritte und vierte Ausgangswelle beinhaltet, die jeweils an eines von einem Paar von zweiten Rädern gekoppelt sind, und einer zweiten Kupplung, die konfiguriert ist, eines des Paars von zweiten Rädern von der vierten Ausgangswelle zu trennen, wenn sie in einer offenen Position ist; eine Antriebswelle, die über die erste Kupplung selektiv an einen Träger des ersten Differentialgetriebes gekoppelt ist und über eine feste Getriebeübersetzungsanordnung an einen Träger des zweiten Differentialgetriebes gekoppelt ist; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass eine Differenz zwischen einer Drehzahl des ersten Paars von Rädern und einer Drehzahl des zweiten Paars von Rädern einen ersten Schwellenwert übersteigt, während die erste und zweite Kupplung in geöffneten Positionen sind, die zweite Kupplung zu schließen, als Reaktion auf das Schließen der zweiten Kupplung die Differenz auf einen Wert zu reduzieren, der geringer als ein zweiter Schwellenwert ist, und als Reaktion auf das Reduzieren der Differenz auf einen Wert, der geringer als der zweite Schwellenwert ist, die erste Kupplung zu schließen.