DE3225459C2

DE3225459C2 - Anordnung zum Regeln der Kraftübertragung eines vierradgetriebenen Fahrzeugs

Info

Publication number: DE3225459C2
Application number: DE3225459A
Authority: DE
Inventors: Fujio Hachioji Tokio/Tokyo Makita
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1981-07-07
Filing date: 1982-07-07
Publication date: 1986-05-28
Also published as: JPH0127896B2; AU536130B2; FR2509238A1; DE3225459A1; GB2104178B; CA1197596A; US4511014A; JPS588434A; GB2104178A; AU8562682A; FR2509238B1

Abstract

Bei einer Anordnung für ein vierradgetriebenes Fahrzeug zum automatischen Schalten der Kraftübertragungsanordnung des Motors des Fahrzeugs vom Zweiradantrieb in den Vierradantrieb entsprechend dem Straßenflächenzustand und dem Fahrzustand sind ein Getriebe zum Übertragen der Kraft des Motors auf zwei Hauptantriebsräder und eine Kupplung zum Übertragen der Kraft des Motors auf zwei andere Antriebsräder als die Hauptantriebsräder vorgesehen. Geschwindigkeitsfühler erzeugen Ausgangssignale in Abhängigkeit der Geschwindigkeiten der vier Räder. Ein Steuerwinkelfühler erzeugt ein Ausgangssignal in Abhängigkeit des Steuerungswinkels. Rechenschaltungen berechnen ein tatsächliches Rutschmaß aus den Ausgangssignalen der Geschwindigkeitsfühler und berechnen ein theoretisches Rutsch maß aus dem Ausgangssignal des Steuerwinkelfühlers. Ein Vergleichskreis vergleicht das tatsächliche Rutsch maß und das theoretische Rutschmaß und erzeugt ein Ausgangssignal für eine eingestellte Zeit, wenn die Differenz zwischen beiden Rutschmaßen einen vorbestimmten Pegel übersteigt. Das Ausgangssignal betätigt die Kupplung für deren Einrücken zum Herstellen des Vierradantriebssystems.

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung für ein vierradangetriebenes Fahrzeug zum automatischen Schalten der Übertragungsanordnung des Fahrzeugs vom Zweiradantriebssystem zum Vierradantriebssystem oder umgekehrt entsprechend den Fahrbedingungen.

Bei einem bekannten vierradangetriebenen Fahrzeug wird eine Kraftübertragungsanordnung für den Zweiradantrieb wahlweise in ein Vierradantriebssystem umgeschaltet, indem eine Kupplung eingerückt wird, die manuell durch einen Wähihebel betätigt wird. so

Ein solches vierradgetriebenes Fahrzeug wird vorzugsweise mit dem Zweiradantriebssystem auf gepflasterten trockenen Flächen gefahren. Wenn alle vier Räder auf einer solchen trockenen Fläche angetrieben werden, entsteht Reifenabrieb wegen der geringen Differenzen der wirksamen Raddurchmesser, die durch unvermeidbare Differenzen des Reifendrucks, der Profilabnutzung und Laständerungen verursacht werden. Dies führt zu einem Anstieg der Reifenabnutzung und des Brennstoffverbrauchs und zur Erzeugung von Schwingungen des Fahrzeugkörpers und zu Geräuschen. Wenn darüber hinaus das Fahrzeug Kurven nimmt, tritt eine Bremserscheinung, »Engeckenbremsen« (tight corner braking) genannt, an einer scharfen Ecke auf. Dies wird dadurch verursacht, daß die Vorderräder einen Bogen mit größerem Radius als die Hinterräder durchlaufen und deshalb dazu tendieren, sich schneller als die Hinterräder zu drehen.

Wenn andererseits das Fahrzeug auf schlüpfriger oder eisiger oder schneebedeckter Straße im Zweiradantrieb fährt, vergrößert sich das Rutschmaß jedes Rads wegen der Abnahme der Zugkraft jedes Antriebsreifens und des Anstiegs der Fahrtreibung auf verschneiter Straße. Deshalb treten eine Vergrößerung des Brennstoffverbrauchs und eine Verringerung der Antriebsfähigkeit und der Bremsleistung auf.

Bekannt ist ein Fahrzeug, bei dem der Vierradantrieb hergestellt wird, wenn die Differenz zwischen zwei Rutschmaßen einen vorbestimmten Wert übersteigt (JP-Abstract zu JP 55-148622-A). Wenn das bekannte Fahrzeug eine Kurve fährt und die Differenz den vorbestimmten Wert übersteigt, wird das Fahrzeug durch die vier Räder angetrieben, was ein »Engeckenbremsen« verursacht, was schließlich zum Anhalten des Fahrzeugs führt

Des weiteren ist ein Fahrzeug bekannt, bei dem eine Vierradantriebskupplung ausrückt, um die Übertragungsanordnung vom Vierradantrieb in den Zweiradantrieb umzuschalten, wenn der Steuerwinkel größer als ein vorbestimmter Wert ist (JP-Abstract zu JP 54-20530). Bei diesem bekannten Fahrzeug wird der Vierradantrieb in den Zweiradantrieb umgeschaltet, auch wenn die Räder auf glatter Straße während des Fahrens einer Kurve rutschen. Dies kann zu einer gefährlichen Situation führen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zum Regeln der Kraftübertragung eines vierradgetriebenen Fahrzeugs zu schaffen, die das Rutschen der Räder auf glatter Straße und das Engeckenbremsen verhindert.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Eine Weiterbildung der Erfindung ist im Unteranspruch angegeben.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird beim Rutschen der Räder auf glatter Straße der Vierradantrieb hergestellt, auch wenn der Steuerwinkel groß ist, d.h. wenn das theoretische Rutsc!*maß hoch ist Dadurch kann das Fahrzeug auf glatter Straße sicher gefahren werden.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in der sind

F i g. 1 eine schematische Ansicht einer Anordnung der Erfindung,

F i g. 2 eine Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung,

F i g. 3 ein Querschnitt einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig.4 ein Blockschaltbild einer Regelschaltung für die Anordnung der Erfindung,

Fig.5A und 5B ein Schaltbild eines Beispiels der Schaltung der F i g. 4 und

F i g. 6 Darstellungen von Wellenformen an verschiedenen Stellen der Schaltung der F i g. 5A und 5B.

In F i g. 1 bezeichnet 1 einen auf einem Fahrzeug angebrachten Verbrennungsmotor. Die Kurbelwelle des Motors ist mit einer Eingangswelle eines Getriebes 2 über eine mechanische Kupplung verbunden, die wiederum mit einer Vorderradenduntersetzungsvorrichtung 3 verbunden ist, die mit den Vorderachsen 5a und 5b verbunden ist. Die Kraft des Motors 1 wird somit auf die Vorderräder 4a und 4b des Fahrzeugs über das Getriebe 2, die Enduntersetzungsvorrichtung 3 und die Vorderachsen 5a und 5b zum Herstellen des Vorderradantriebssystems übertragen. Das Getriebe 2 ist mit einer Übertragungsvorrichtung 6 für das Hinterradantriebssystem versehen. Die Übertragungsvorrichtung 6 hat

Deshalb gilt

1 -

1-

eine Übertragungskupplung 7, die arbeitet, um den Ausgang des Getriebes 2 mit der Kardanwelle 8 zu koppeln. Die Kardanwelle 8 ist mit den Hinterrädern 10a und 106 über eine Hinterradenduntersetzungsvorrichtung 9 und die Hinterachsen llaund 116verbunden.

Geschwindigkeitsfühler 12a und 126 sind an den Vorderachsen 5a und 50 vorgesehen, um jeweils die Geschwindigkeiten der Vorderräder 4a und 46 zu messen. Geschwindigkeitsfühler 13a und 136 sind an den Hinterachsen 11a und 1 i 6 zum Messen der Geschwindigkeiten der Hinterräder 10a und 106 vorgesehen. Ein Steuerwinkelfühler 16 ist an einem Steuergetriebegehäuse 15 angebracht, das wirksam mit einem Steuerrad 14 zum Messen des Steuerwinkels verbunden ist. Ein Handschalter 17 ist im Fahrgastraum für das Einrücken der Übertragungskupplung 7 für die manuelle Umschaltung des Vierradantriebssystems vorgesehen.

Das Prinzip der Erfindung wird nachfolgend unter = 1 - ■

Bezugnahme auf die F i g. 1 und 2 beschrieben.

Ein tatsächliches Rutschmaß η in bezug auf die Vorderräder und die Hinterräder wird wie folgt berechnet:

Nf=(NfR+N_FL)I2 Nr = (Nrr + Nrl)/2 η= 1 -(NfINr),

r	*- Θ +*	r+T	Θ
R		R
n

2r+T '

1 -■

2r+T

worin X= r/t und A = L/Tsind.

Der Wert A wird durch die Ausgestaltung des Fahrzeugkörpers bestimmt und X wird durch den Drehradius bestimmt Das theoretische Rutschmaß τ/ ist deshalb eine Funktion von Xund wird ausgedrückt als

worin /v>r die Geschwindigkeit des vorderen rechten Rads, Nfl die Geschwindigkeit des vorderen linken Rads, Nrr und Nrl die Geschwindigkeiten des rechten und linken hinteren Rads und Nfund Nr Durchschnittsgeschwindigkeiten sind.

Die Radgeschwindigkeiten Nfr, Nfl Nrr, Nrl werden durch die Geschwindigkeitsfühler 12a, 126,13a und 136 erhalten. Das tatsächliche Rutschmaß η kann deshalb aus den Ausgangssignalen der Geschwindigkeitsfühler berechnet werden. Das von den Signalen der Geschwindigkeitsfühler erhaltene Rutschmaß enthält jedoch das Rutschen an einer Ecke. Wenn demgemäß das Zweiradantriebssystem in das Vierradantriebssystem umgeschaltet wird, 'wenn der tatsächliche Rutschzustand festgestellt wird, kann das Rutschen des Fahrzeugs verhindert werden. Der Vierradantrieb an scharfen Ecken muß jedoch verhindert werden, auch wenn das Rutschen festgestellt wird, um ein Engeckenbremsen zu verhindern. Deshalb muß das theoretische Rutschmaß an Ecken vorausberechnet v/erden.

Gemäß Fi g. 2 ist rder innere Drehradius des Hinterrads a, sind η und n die Drehradien der Vorderräder 4a und 46, ist T die Radentfernung und ist L der Achsabstand. Unter der Annahm?..daß die beiden Entfernungen der Vorder- und Hinterräder gleich sind und alle Räder gleichen wirksamen Radius aufweisen, gilt

r, =

(₂) (n IR) 6 ((r+TVR) 6 (r/R) θ,

worin R der effektive Radradius, ωη, wn., (urr, und wrl die Winkelgeschwindigkeiten jeweils der Vorder- und Hinterräder sind und β die Winkelgeschwindigkeit des sich drehenden Fahrzeugs ist.

Das theoretische Rutschmaß r/ wird demgemäß aus folgender Gleichung errechnet:

■rf = (ü)r—

I —(oj/Imr) .

Der Drehradius r ist andererseits eine Funktion des Steuerwinkels λ, was mit r= f(x) ausgedrückt wird. Das theoretische Rutschmaß rf kann deshalb durch Bestimmen des Steuerwinkels vorausberechnet werden.

In F i g. 3 bezeichnet 2' ein automatisches Getriebe, das einen Drehmomentwandler 21, der in Wirkungsverbindung mit der Kurbelwelle 20 des Motors steht, eine automatische Getriebevorrichtung A und eine Endunlersetzungsvorrichtung 3, die zwischen der automatischen Getriebevorrichtung A und dem Drehmomentwandler 21 angeordnet ist, enthält.

Der Drehmomentwandler 21 enthält ein Pumpenrad 21a und eine Turbine 216. Das Pumpenrad 21a steht in direkter Verbindung mit der Motorkurbelwelle 20 über eine Antriebsplatte 21c. Eine Turbinenwelle 22 erstreckt sich von der Turbine 216 zu der automatischen Getriebevorrichtung A.

Die automatische Getriebevorrichtung A enthält ein

Planetenzahnrad 23, Kupplungen 24 und 25, eine Einwegkupplung 26, eine Bremse 27 und ein Bremsband 28.

Die Ausgangsleistung der automatischen Getriebevorrichtung wird auf eine Ausgangswelle 30 übertragen, auf der ein Zahnrad 31a fest angeordnet ist und die wiederum mit einem Zahnrad 31 in Eingriff ist. Das Zahnrad 31 ist einstückig mit einem Antriebsritzel 32 der Enuuiitersetzungsvorrichtung 3 für die Vorderräder

ausgebildet. Das Antriebsritzel 31 ist mit einer Übertragungsantriebswelle 33 verbunden, die sich nach hinten erstreckt und die mit einem ersten Übertragungszahnrad 34 der Übertragungsvorrichtung 6 verbunden ist. Das erste Übertraglingszahnrad 34 ist mit einer hydrau-

lischen Kupplung 7 über ein zweites Übertragungszahnrad 34a verbunden, Die hydraulische Kupplung 7 ist dafür bestimmt, durch Drucköl eingerückt zu warden. Das Abtriebsorgan der hydraulischen Kupplung 7 ist mit der Kardanwelle 8 über eine Hinterantriebswelle 35 zum Antreiben der Hinterräder verbunden.

Das Druckölregelsystem enthält ein elektromagnetisches Umschaltventil 40. Das Ventil 40 enthält einen Schieber 41, der mit einem Stab 43 in einem Elektroma-

gnet 42 verbunden ist, eine Feder 44, um den Schieber nach rechts vorzuspannen, eine Einlaßöffnung 45, eine Auslaßöffnung 48 und eine Abflußöffnung 50. Die Einlaßöffnung 45 steht mit einer ölpumpe 47 in der automatischen Getriebevorrichtung A über einer Kanal 46 in Verbindung und die Auslaßöffnung 48 steht mit der hydraulischen Kupplung 7 für deren Einrücken in Verbindung. Die ölpumpe 47 ist mit der Turbine 216 durch eine ölpumpenantriebswelle 62 verbunden, die sich in der Turbinenwelle 22 erstreckt.

Im entregten Zustand des Elektromangets 42, bei dem es sich um den dargestellten Zustand handelt, ist die Einlaßöffnung 45 geschlossen und steht die Auslaßöffnung 48 in Verbindung mit der Abflußöffnung 50. Die hydraulische Kupplung 7 ist somit ausgerückt. Wenn der Elektromagnet 42 erregt wird, wird der Schieber 41 durch den Stab 43 nach links verschoben, so daß die Abflußöffnung 50 geschlossen wird und die Einlaßöffnung 45 in Verbindung mit der Auslaböffnung 48 kommt, um die hydraulische Kupplung 7 einzurücken.

Gemäß Fig.4 werden die Geschwindigkeitssignale Nfr und Nfl von den Geschwindigkeitsfühlern 12a und 126 der Vorderräder an einen Addierer 53 über einen Addierer 51 und einen Inverter 52 zum Summieren der Geschwindigkeitssignale angelegt. Geschwindigkeitssignale Nur und Nrl von den Geschwindigkeitsfühlern 13a und 136 der Hinterräder werden an den Addierer 53 über einen Addierer 54 zum Addieren der Geschwindigkeitssignale angelegt. Ausgangssignale der Addierer 53 und 54 werden an einen Dividierkreis 55 angelegt, in dem eines der Signale durch das andere dividiert wird, so daß das tatsächliche Rutschmaß η berechnet wird. Das von dem Steuerungswinkel α aus dem Steuerwinkelfühler 16 abhängige Signal wird des weiteren an eine Rechenschaltung 56 angelegt. In der Rechenschaltung 56 sind die oben beschriebenen Daten bezüglich Radentfernung Tund Achsabstand L gespeichert, so daß die Berechnung der oben beschriebenen Gleichung ausgeführt wird, um das theoretische Rutschmaß if zu berechnen. Das theoretische Rutschmaß rf wird an einen Addierer 58 über einen Inverter 57 angelegt und das tatsächliche Ruschmaß η wird auch an den Addierer 58 angelegt, in dem η—ff berechnet wird. Das Ausgangssignal des Addierers 58 wird an einen Komparator 59 zum Vergleichen mit einer Normalspannung von einem Normalspannungsgenerator 60 angelegt, so daß der Komparator 59 ein Ausgangssignal erzeugt, das den Fahrzustand des Fahrzeugs und den Zustand der befahrenen Straßenfläche darstellt. Der Ausgang des Komparators 59 ist mit einem Zeitgeber 61 verbunden, so daß der Zeitgeber ein Ausgangssignal für eine eingestellte Zeit erzeugt. Der Ausgang des Zeitgebers ist mit dem Elektromagnet 42 zu dessen Erregen verbunden. Der Handschalter 17 ist mit dem Elektromagnet 42 zum manuellen Schließen des Kreises des Elektromagnets verbunden.

Im Betrieb werden die Geschwindigkeiten der Vorder- und Hinterräder durch die Geschwindigkeitsfühler 12a, 126, 13a und 13Z? gemessen und der Steuerwinkel wird durch den Steuerwinkelfühler 16 gemessen, so daß das tatsächliche Rutschmaß η und das theoretische Rutschmaß rf berechnet werden und der Straßenflächenzustand und der Fahrzustand bestimmt werden. Wenn das Rutschmaß η klein ist was beispielsweise während des Fahrens auf einer gepflasterten trockenen Straße auftritt, oder wenn das theoretische Rutschmaß rf groß ist, was während des Nehmens einer scharfen Ecke auftritt, auch wenn eines der Räder rutscht erzeugt der Komparator 59 kein Ausgangssignal. Demgemäß befindet sich der Elektromagnet 42 im entregten Zustand und Drucköl wird nicht der hydraulischen Kupplung 7 zugeführt. Somit wird das Fahrzeug nur durch die Vorderräder angetrieben.

Wenn das Rutschmaß η einen vorbestimmten Pegel übersteigt, erzeugt der Komparator 59 ein Ausgangssignal, um den Zeitgeber 61 zu betätigen. Der Zeitgeber erzeugt ein Ausgangssignal zum Erregen des Elektromagnets für eine eingestellte Zeit. Drucköl wird auf diese Weise der hydraulischen Kupplung 7 zugeführt, so daß die Kupplung eingerückt wird, um das Vierradantriebssystem einzuschalten. Das Fahrzeug wird folglich durch vier Räder für die eingestellte Zeit des Zeitgebers

is angetrieben. Nach der eingestellten Zeit kehrt das Antriebssystem in den Zweiradantrieb zurück. Zu dieser Zeit rutschen jedoch die Räder und das Rutschmaß ist groß, so daß der Zeitgeber 61 das Ausgangssignal zum Wiederhersteiien des Vierradaniriebs erzeugt. Wenn andererseits der Handschalter 17 geschlossen wird, wird der Elektromagnet 42 erregt, um das Vierradantriebssystem einzuschalten.

Gemäß Fig.5A und 5B sind die Geschwindigkeitsfühler 12a bis 136 digitale Geschwindigkeitsfühler, von denen jeder ein Zahnrad 63 und einen Abgreifer 64 aufweist. Die Ausgangssignale der Geschwindigkeitsfühler 12a und 126 werden an einen Vorderrad-Durchschnithgeschwindigkeitsmeßkreis 51a angelegt, und die Ausgangssignale der Geschwindigkeitsfühler 13a und 13b werden einem Hinterrad-Durchschnittsgeschwindigkeitsmeßkreis 54a zugeführt. Der Kreis 51a enthält einen Nullkreuzungskreis 65a, iS56, einen 8-Bit-Zähler 66a, 666, einen Verriegelungskreis 67a, 676 und den Addierer 51. Der Kreis 54a ist derselbe wie der Kreis 51a.

Ein Geschwindigkeitsmeßregelkreis 68 enthält einen Oszillator 70 und Gate-Kreis zum Erzeugen von Ausgangssignalen A. C, D, £{F i g. 6) zum Regeln der Kreise 51a und 54a. Die Zähler 66a, 666 erzeugen somit ein Ausgangssignal F, siehe Fig.6. Die Ausgangssignale der beiden Kreise 51a und 54a werden in dem Addierer 53 zum Erzeugen einer Differenz zwischen den Durchschnittsgeschwindigkeiten der Vorder- und Hinterräder addiert. Die Ausgangssignale des Addierers 53 und des Addierers 54 werden dem Dividierkreis 55 über D/A-Umsetzer 71 und 72 zugeführt. Der Dividierkreis 55 enthält logarithmische Verstärker 73, 74, 75 und einen Operationsverstärker 76. Die übrigen Teile entsprechen denen in F i g. 4.

Obwohl das Vierradantriebssystem in der Anwendung bei einem automatischen Getriebe beschrieben wurde, kann die Erfindung auch bei anderen Arten von Getriebesystemen angewendet werden, wie einem Kraftübertragungssystem, das normalerweise die Hinterräder antreibt

Die Übertragungskupplung 7 kann des weiteren durch eine elektromagnetische Kupplung gebildet werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Regeln der Kraftübertragung eines vierradgetriebenen Kraftfahrzeugs mit einem Getriebe zum Übertragen der Kraft des Motors auf zwei Hauptantriebsräder, mit einer Kupplung zum wahlweisen Obertragen der Kraft auf zwei andere Räder als die beiden Hauptantriebsräder, mit Drehzahlfühlern zum Erzeugen von Ausgangssignalen in Abhängigkeit von den Drehzahlen der vier Räder, mit einem Steuerwinkelfühler zum Erzeugen eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von dem Steuerwinkel und mit einer ersten Rechenschaltung zum Berechnen eines tatsächlichen Rutschmaßes aus den Ausgangssignalen der Drehzahlfühler, gekennzeichnet durch eine zweite Rechenschaltung (56) zum Berechnen eines theoretischen Rutschmaßes aus dem Ausgangssignal des Steuerwinkclfühlers, durcfe sinen Vergleichskreis (59) zum Vergleichen der [Differenz zwischen dem tatsächlichen Rutschmaß und dem theoretischen Rutschmaß mit einer Normspannung, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, wenn die Differenz größer als die Normspannung ist, durch eine erste Schaltungseinrichtung (61), die auf das Ausgangssignal des Vergleichskreises anspricht, um ein Ausgangssignal für eine vorbestimmte Zeit zu erzeugen, und eine zweite Schaltungseinrichturfg, die auf das Ausgangssignal der ersten Schaltungseinrichtung anspricht, um die Kupplung für der«;ii Eingriff zu betätigen, wodurch die Vierradantriebskraftübertragung hergestellt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Sdialtuogseinrichtung einen Zeitgeber (61) zum Erzeugen eines Ausgangssignals für eine eingestellte Zeit enthält