DE3427725C2

DE3427725C2 -

Info

Publication number: DE3427725C2
Application number: DE19843427725
Authority: DE
Inventors: Ernst Prof. Dr. 3180 Wolfsburg De Fiala; Bernd Dr. 3171 Bokensdorf De Richter
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1984-02-14
Filing date: 1984-07-27
Publication date: 1987-12-03
Also published as: DE3427725A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Regeln der Kraftübertragung eines mittendifferentiallosen vierradgetriebenen Kraftfahrzeuges der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Vierradgetriebene Kraftfahrzeuge können grob in zwei Gruppen unterteilt werden, nämlich in solche, bei denen die vier Räder unabhängig von den Fahrbahngegebenheiten permanent, d. h. ständig angetrieben sind (z. B. Audi Quattro, Audi 80 Quattro), und solche, bei denen die Räder nur einer Achse ständig, die der anderen Achse dagegen nur zeitweise, insbesondere im Gelände, angetrieben werden. Das Zuschalten des zweiten Achsantriebes erfolgt dabei entweder mittels einer Freilaufvorrichtung oder Kupplungseinrichtung bei Überschreiten eines vorbestimmten Schlupfes der ständig angetriebenen Achse selbsttätig (z. B. DE-OS 24 13 288, 33 02 936, 33 12 694 und 33 13 182) oder bei Bedarf vom Fahrzeuglenker durch Betätigen eines entsprechenden Schalthebels manuell.

Allen diesen bekannten Antriebsanordnungen ist zu eigen, daß - wenn der Vierradantrieb erst einmal hergestellt ist - entweder die Aufteilung der Antriebskraft auf die Vorder- und Hinterachse in einem festen, starren Verhältnis erfolgt oder aber vorne und hinten der gleiche Schlupf vorliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art weiter zu verbessern und insbesondere so auszubilden, daß sich für den Fahrzeuglenker größere Möglichkeiten ergeben, die Fahreigenschaften bzw. das Eigenlenkverhalten des Fahrzeuges, wie z. B. Traktion, Fahrstabilität und Lenkwilligkeit, den Erfordernissen oder persönliche Neigungen entsprechend zu beeinflussen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird also der Kupplungseingriff der zwischen dem Verteilergetriebe und einer der beiden Fahrzeugachsen angeordneten steuerbaren Rutschkupplung mittels der Steuer- und Regeleinrichtung derart gesteuert, daß der Schlupf der Räder der einen Achse in einer steuerbaren festen Beziehung zum Schlupf der Räder der anderen Achse steht.

Erfindungswesentliche vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Aus der US-PS 44 17 641 ist ein zweiachsiges Kraftfahrzeug mit Verteilergetriebe bekannt, bei dem die Räder einer ersten Achse unmittelbar und die Räder einer zweiten Achse unter Zwischenschaltung einer Rutschkupplung angetrieben werden, deren Grad des Kupplungseingriffes durch eine Steuer- und Regeleinrichtung steuerbar ist. Dieses bekannte Kraftfahrzeug kann mittels Betätigung eines Schalters wahlweise im Zweiradbetrieb oder aber im Vierradbetrieb betrieben werden, bei dem die Rutschkupplung eingekuppelt ist. Während des Vierradbetriebes, und nur dabei, wird der Grad des Kupplungseingriffs der Rutschkupplung zeitweise variiert, und zwar in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit und der Größe des Lenkradeinschlages. Der Schlupf der Fahrzeugräder, insbesondere die Schlupfdifferenz o. ä. zwischen den Rädern der beiden Fahrzeugachsen, wird dabei für die Regelung des Kupplungseingriffes nicht herangezogen. Der Schlupf, und zwar der der ständig angetriebenen Räder wird regelungstechnisch lediglich dazu benutzt, das Fahrzeug zwangsweise vom Zweiradbetrieb in den Vierradbetrieb umzuschalten, wenn und solange an den ständig angetriebenen Rädern ein - unzulässig hoher - Radschlupf registriert wird.

Anordnungen zum Regeln der Kraftübertragung eines vierradgetriebenen Kraftfahrzeuges mit Verteilergetriebe, über das die Räder der einen Achse unmittelbar und die Räder der anderen Achse unter Zwischenschaltung einer steuerbaren Kupplungseinrichtung angetrieben werden, wobei Drehzahlzensoren zur Erfassung der Drehzahl bzw. Umfangsgeschwindigkeit der Fahrzeugräder sowie eine Steuer- und Regeleinrichtung vorgesehen sind, welche in Abhängigkeit vom Schlupf der Räder den Grad des Kupplungseingriffs steuert, sind z. B. auch aus der EP-OS 76 148 bekannt.

Bei dieser bekannten Anordnung ist zwischen dem Verteilergetriebe und dem Hinterachsenantrieb eine hydraulisch steuerbare Rutschkupplung zwischengeschaltet, welche bei Fahrzeugständen ohne Radschlupf sich unter der Wirkung von Federvorrichtungen in einem Teileingriff befindet, wodurch gewährleistet sein soll, daß einerseits bei normalen Fahrbedingungen, insbesondere also bei Geradeausfahrt, alle vier Räder angetrieben werden, und daß andererseits die Kupplung bei Kurvenfahrten rutschen kann, um so die bei Kurvenfahrten spürbar unterschiedlichen Drehzahlen zwischen den Vorder- und den Hinterrädern ausgleichen zu können.

Parallel zur Federvorrichtung ist eine hydraulisch betätigbare Kolben/Zylinder-Einheit vorgesehen, die dann, wenn mindestens an einem der Vorder- oder Hinterräder der Radschlupf einen vorbestimmten Wert überschreitet, druckbeaufschlagt wird und dadurch den maximal möglichen Kupplungseingriff herstellt.

Zusätzlich ist bei dieser bekannten Anordnung noch eine bezüglich ihrer Wirkrichtung der ersten hydraulischen Kolben/Zylinder-Einheit entgegengerichtete zweite hydraulische Kolben/Zylinder-Einheit vorgesehen, so daß der Kupplungseingriff auf insgesamt drei verschiedene Stufen ausgesteuert werden kann. Die zweite hydraulische Kolben/Zylinder-Einheit ist ausschließlich im Hinblick darauf vorgesehen, daß der Kupplungseingriff dort nicht nur radschlupfabhängig, sondern in zwei Stufen auch motorlastabhängig steuerbar sein soll.

Bei dieser bekannten Anordnung zum Regeln der Kraftübertragung eines vierradgetriebenen Kraftfahrzeuges liegt letztlich also ebenfalls eine - allerdings in drei Stufen - veränderbare starre Aufteilung der Antriebskraft auf die Vorder- bzw. die Hinterachse vor.

Demgegenüber ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung zum Regeln der Kraftübertragung der Kupplungseingriff stufenlos steuerbar, wodurch weitreichende Möglichkeiten bestehen, durch Änderung des Kupplungseingriffes den Schlupf der Räder der einen Achse in eine steuerbare feste Beziehung zum Schlupf der Räder der anderen Achse zu bringen, um dadurch die Fahreigenschaften bzw. das Eigenlenkverhalten des Fahrzeuges, z. B. Fahrstabilität und Lenkwilligkeit, gezielt zu beeinflussen.

Eine Anordnung zum Regeln der Kraftübertragung eines vierradgetriebenen Kraftfahrzeugs mit Verteilergetriebe, bei der die Räder einer ersten Achse unmittelbar und die Räder einer zweiten Achse unter Zwischenschaltung zweier Kupplungseinrichtungen, die zwischen die beiden Räder der zweiten Achse geschaltet sind, angetrieben werden, wobei die Kupplungseinrichtungen eingangsseitig einen starren Durchgriff zum Verteilergetriebe besitzen, ist an sich aus der DE-OS 31 45 279 bekannt. Auch bei dieser bekannten Anordnung ist weder im Zuge der zweiten Achse ein Differential noch zwischen Vorder- und Hinterachse ein Mittendifferential vorgesehen. Die dort eingesetzten Kupplungseinrichtungen sind jedoch keine steuerbaren Rutschkupplungen mit steuerbarem Grad ihres Kupplungseingriffes, sondern entweder mit Flüssigkeit zusammenwirkende Lamellen-Schlupfkupplungen, welche bei einer Geschwindigkeitsdifferenz der Lamellen durch Scherwirkung Drehmomente übertragen, oder aber hydraulisch gesteuerte Lamellenkupplungen mit einem starren, d. h. nicht steuerbaren Kupplungseingriff. Bei dieser bekannten Anordnung ist es nicht möglich und auch nicht daran gedacht, durch entsprechende Steuerung des Grads des Kupplungseingriffes den Schlupf der Räder der einen Achse in eine steuerbare feste Beziehung zum Schlupf der Räder der anderen Achse zu bringen, um dadurch Einfluß auf die Fahreigenschaften des Fahrzeuges zu nehmen.

Anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Regelanordnung für ein vierradgetriebenes Kraftfahrzeug,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer derartigen Regelanordnung,

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer solchen Regelanordnung und

Fig- 4 eine Darstellung zur Erläuterung der bei Kurvenfahrt eines Fahrzeugs vorliegenden Drehzahlverhältnisse.

In den schematischen Darstellungen der Fig. sind lediglich die für das Verständnis der Erfindung erforderlichen Elemente dargestellt und beziffert. Hierbei ist der Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs mit 1, das übliche Wechselgetriebe mit 2 und ein Verteilergetriebe zur Aufteilung der Antriebsleistung des Antriebsmotors 1 auf die beiden Achsen des Fahrzeuges mit 3 beziffert. Der Antrieb der beiden Vorderräder 4 erfolgt in üblicher Weise über ein Vorderachsdifferential, welches in Fig. 1 lediglich angedeutet und in den Fig. 2 und 3 mit 3.1 beziffert ist. Auf die hintere Achse mit den Rädern 5 bzw. 5 _L und 5 _R wird die Antriebsleistung des Motors über eine nach hinten führende Antriebswelle (Kardanwelle) 6 übertragen. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist auch die zweite Achse, die Hinterachse, mit einem nicht weiter bezifferten Differential ausgerüstet.

Während die Räder 4 der Vorderachse über das Verteilergetriebe 3 - sowie ein Differential 3.1 - unmittelbar angetrieben werden, ist im Zuge der Kraftübertragung vom Verteilergetriebe 3 zu den Hinterrädern eine steuerbare Kupplungseinrichtung zwischengeschaltet, die als steuerbare Rutschkupplung ausgebildet ist, deren Grad des Kupplungseingriffs steuerbar ist. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist eine solche steuerbare Rutschkupplung 7 vorgesehen und im Zuge der nach hinten führenden Antriebswelle 6 angeordnet. Es versteht sich, daß sie räumlich auch eingangs des nicht weiter bezifferten Hinterachsdifferentials oder ausgangs des Verteilergetriebes 3 angeordnet sein kann.

Den Fahrzeugrädern 4 und 5 sind Drehzahlzensoren 8 zugeordnet, mit denen die Drehzahlen oder Winkelgeschwindigkeiten ω der Räder erfaßt und einer elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung 10, die eine Recheneinheit, z. B. einen Mikroprozessor enthalten kann, zur Auswertung zugeführt werden.

Aus den zugeführten Winkelgeschwindigkeits-Signalen ω 4 und ω 5 kann in Verbindung mit der wahren Fahrgeschwindigkeit (Geschwindigkeit über Grund) in der elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung 10 der Schlupf sowohl der Vorderräder 4 als auch der Hinterräder 5 ermittelt und für weitere Steuer- und Regelmaßnahmen verwertet werden. Insbesondere wird ein der steuerbaren Rutschkupplung 7 zugeführtes Regelsignal k erzeugt, durch welches der Kupplungseingriff der Rutschkupplung 7 derart gesteuert wird, daß der Schlupf der Räder 4 der Vorderachse in einer steuerbaren festen Beziehung zum Schlupf der Räder 5 der Hinterachse steht, wodurch nach entsprechender Ausbildung und Bemessung der Steuer- und Regeleinrichtung 10 in einfacher Weise auf die Fahreigenschaften und das Eigenlenkverhalten des Fahrzeuges Einfluß genommen werden kann. Zur Ermittlung der tatsächlichen, der wahren Fahrgeschwindigkeit können dabei grundsätzlich sämtliche hierfür bekannte Methoden und Einrichtungen, z. B. ein sogenanntes fünftes Rad oder Einrichtungen, die unter Einsatz von Beschleunigungsmessern die Geschwindigkeit errechnen, eingesetzt werden. In Fig. 1 ist dies nicht weiter dargestellt, in den Fig. 2 und 3 jedoch durch einen Beschleunigungsmesser 14 angedeutet.

Wenn primär an der Fahrstabilität des Fahrzeuges gelegen ist, dann wird die elektronische Steuer- und Regeleinrichtung 10 derart ausgebildet, daß sie den Kupplungseingriff der steuerbaren Rutschkupplung 7 derart steuert, daß der Schlupf der Vorderräder 4 ständig um einen steuerbaren Wert, z. B. 2%, größer ist als der Schlupf der Hinterräder 5. Vorzugsweise werden für diesen Fall die Getriebe- und Achsübersetzungen derart bemessen, daß beide Achsen achsmittig bei völlig eingerückter Rutschkupplung 7, d. h. wenn der Kupplungseingriff 100% beträgt, mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit ω umlaufen.

Bei einer derartigen Auslegung der Übersetzungsverhältnisse besteht somit nur die - für die meisten Einsatzzwecke in jeder Beziehung ausreichende - Möglichkeit, das Schlupfverhältnis zwischen Vorder- und Hinterachse in einer Richtung zu variieren, nämlich derart, daß der Schlupf der Vorderräder um einen steuerbaren Wert größer - im Grenzfall gleich groß - ist als der der Hinterräder.

Hierbei wird bei einem Anfahrvorgang mit stetig steigendem Antriebsmoment des Getriebes 2 zunächst nur die Antriebskraft der Vorderräder 4 ansteigen, da die steuerbare Rutschkupplung 7 anfangs völlig ausgerückt ist. Erst wenn der Schlupf der Vorderräder 4 einen, z. B. vom Fahrzeuglenker vorgebbaren, bestimmten Wert überschreitet, der z. B. 2% betragen kann, wird der Kupplungseingriff der steuerbaren Rutschkupplung 7 durch die elektronische Steuer- und Regeleinrichtung 10 erhöht und anschließend so gesteuert, daß dieser Schlupfwert als Schlupfunterschied zwischen den Vorderrädern 4 und den Hinterrädern 5 beibehalten wird. Durch einen gegenüber den Hinterrädern größeren Schlupf der Vorderräder wird i. a. ein sehr fahrstabiler Zustand des Fahrzeuges erreicht. Hierbei kann der Fahrzeuglenker in einfacher Weise durch Vorgabe bzw. Veränderung der vorgegebenen Schlupfdifferenz die Fahreigenschaften des Fahrzeuges den Erfordernissen der Fahrbahn oder den eigenen Wünschen entsprechend beeinflussen.

Wenn nicht nur daran gelegen ist, die Fahrstabilität des Fahrzeuges den Erfordernissen bzw. Wünschen entsprechend beeinflussen zu können, sondern auch daran, ggf. zur Erzielung extremer Lenkwilligkeit power-slide einleiten zu können, dann ist es von Vorteil, die Getriebe- und Achsübersetzungen, insbesondere also das Verteilergetriebe 3, derart zu bemessen, daß die Hinterachse achsmittig bei völlig eingerückter Rutschkupplung 7 (Kupplungseingriff = 100%) mit höherer Umfangsgeschwindigkeit umläuft als die Vorderachse.

Bei dieser Auslegung wird es möglich, mittels der elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung 10 den Kupplungseingriff der steuerbaren Rutschkupplung 7 in Abhängigkeit eines vom Fahrzeuglenker vorgebbaren Steuerbefehls oder aber selbsttätig in Abhängigkeit von Fahrzustandsgrößen, z. B. dem Lenkradeinschlag und der Fahrgeschwindigkeit, nach Bedarf entweder derart zu steuern, daß der Schlupf der Vorderräder 4 um einen steuerbaren Wert größer ist als der Schlupf der Hinterräder 5, oder derart, daß der Schlupf der Hinterräder 5 um einen steuerbaren Wert größer ist als der Schlupf der Vorderräder 4. Im ersten Fall wird hohe Fahrstabilität erzielt, was z. B. für eine maximale Beschleunigung des Fahrzeuges oder bei Geradeausfahrt und hoher Fahrgeschwindigkeit wünschenswert ist. Im zweiten Falle wird es möglich, zum schnellen Durchfahren scharfer Kurven durch scharfen Lenkradeinschlag - und ggf. zusätzliches Gasgeben - einen sogenannten power-slide einzuleiten, was insbesondere für sportliche Einsatzzwecke von Vorteil ist.

Je nach Straßenbeschaffenheit und Fahraufgabe (Anfahren oder Kurvenfahrt) hat der Fahrzeuglenker somit die Möglichkeit, das für die jeweilige Aufgabe optimale Schlupfverhältnis manuell an der elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung 10 einzustellen.

Wenn - wie bisher beschrieben - ausschließlich die Schlupfdifferenz zwischen den Vorderrädern 4 und den Vorderrädern 5 gesteuert wird, ist es grundsätzlich möglich, daß alle vier Fahrzeugräder hohe Schlupfwerte annehmen. Es ist daher von Vorteil, die elektronische Steuer- und Regeleinrichtung 10 unter Verwendung bekannter elektronischer Bauelemente derart auszubilden, daß sie einen die Leistung des Antriebsmotors 1 verringernden Regeleingriff auslöst, sobald und solange der Schlupf der Räder 4 und 5 einen vorbestimmten Wert überschreitet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies durch ein Steuersignal α _dk angedeutet, welches auf die Einrichtung 11 zur Steuerung der Betriebsmittelzufuhr, z. B. die Drosselklappe eines Otto-Motors, einwirkt. Bei diesem speziellen regeltechnischen Aspekt handelt es sich praktisch um eine bekannte Antriebsschlupfregelung.

Von Vorteil ist es auch, die Steuer- und Regeleinrichtung 10 so auszubilden, daß sie den Kupplungseingriff der steuerbaren Rutschkupplung 7 völlig aufhebt, sobald und solange die Betriebsbremse des Fahrzeuges, d. h. das Bremspedal 9 betätigt wird. Diese Betätigung kann z. B. mittels des üblicherweise vorhandenen Bremslichtschalters BL erfaßt und der elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung 10 zugeleitet werden, wie dies im Ausführungsbeispiel angedeutet ist. Die völlige Trennung des Antriebsstranges zwischen den Vorder- und den Hinterrädern beim Bremsen hat den Vorteil, daß in jedem Falle sichergestellt ist, daß ein - wodurch auch immer bedingtes - Blockieren der lenkbaren Vorderräder 4 nicht über einen starren Antriebsstrang auf die Hinterräder übertragen wird, wodurch auch diese zwangsläufig blockieren würden. Blockierte Hinterräder führen bekanntlich zum Verlust der Fahrstabilität.

Auch für die Wirksamkeit einer ggf. eingesetzten Antiblockierregeleinrichtung ist es von Vorteil, wenn die steuerbare Rutschkupplung 7 geöffnet ist, wenn diese Regeleinrichtung zu regeln beginnt. Grundsätzlich wäre es hierbei möglich, die Rutschkupplung 7 entweder bereits bei Betätigen des Bremspedals 9 oder aber erst zu Beginn der tatsächlichen Blockierregelung völlig auszurücken.

Besonders gute Möglichkeiten, die Fahreigenschaften des Fahrzeuges den jeweiligen Erfordernissen oder den persönlichen Neigungen des Fahrzeuglenkers entsprechend zu beeinflussen, ergeben sich, wenn - wie in den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 2 und 3 - als steuerbare Kupplungseinrichtung zwei steuerbare Rutschkupplungen 7.1 und 7.2 mit steuerbarem Grad des Kupplungseingriffs vorgesehen und zwischen die beiden Räder 5 _L und 5 _R der zweiten Achse, vornehmlich der Hinterachse, geschaltet werden. Hierbei wird sowohl auf ein Hinterachsdifferential als auch auf ein besonderes Mitteldifferential zwischen der Vorder- und der Hinterachse verzichtet, so daß die beiden Rutschkupplungen 7.1 und 7.2 eingangsseitig über die Antriebswelle 6 sowie die beiden Winkelgetriebe 16 und 17 einen starren Durchgriff zum Verteilergetriebe 3 besitzen.

Im Vergleich zu permanenten Allradantrieben ist der konstruktive Aufwand wegen des Fortfalls des Mittels- und dieses Achsdifferentials also trotz vergleichbarer Fahreigenschaften gering.

In ihrer Grundfunktion stimmen die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Regelanordnungen mit der in Fig. 1 erläuterten Regelanordnung überein. Unter traktionsunkritischen Fahrbedingungen, wenn also die unmittelbar angetriebenen Räder 4 der Vorderachse ohne oder nur mit sehr geringem Schlupf umlaufen, verhält sich das Fahrzeug wie das anhand Fig. 1 beschriebene Fahrzeug wie ein reines Frontantriebsfahrzeug, da beide steuerbare Rutschkupplungen 7.1 und 7.2 völlig ausgerückt sind. Das ändert sich jedoch, wenn die Vorderräder 4 z. B. infolge hoher eingesetzter Motorleistung und/oder geringer Kraftschlußverhältnisse in Antriebsschlupf geraten, d. h. schneller drehen als es der reinen Rollbedingung entspricht. Aus einem Vergleich des vom Drehzahlsensor 8 _V gelieferten Sensorsignals für die mittlere Drehzahl der beiden Vorderräder 4 einerseits und der von den Drehzahlsensoren 8 _L bzw. 8 _R gelieferten Sensorsignale für die Drehzahlen des linken sowie des rechten Hinterrades 5 _L bzw. 5 _R andererseits wird von der elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung 10 der Zustand der durchdrehenden Vorderräder 4 diagnostiziert. In diesem Zustand ist im allgemeinen eine Traktionsunterstützung durch die Hinterräder erwünscht, was durch eine entsprechende Aussteuerung des Kupplungseingriffs der beiden steuerbaren Rutschkupplungen 7.1 und 7.2 erreicht werden kann. Wenn also der Schlupf der Vorderräder eine, z. B. vom Fahrzeuglenker vorgebbaren, bestimmten Wert überschreitet, der z. B. 2% betragen kann, wird der Kupplungseingriff der beiden steuerbaren Rutschkupplungen 7 durch die elektronische Steuer- und Regeleinrichtung 10 erhöht und mit Vorteil anschließend so gesteuert, daß dieser Schlupfwert als Schlupfunterschied zwischen den Vorderrädern 4 und den Hinterrädern 5 _L, 5 _R beibehalten wird, die Hinterräder sich also mit etwas geringerem Schlupf an der Gesamttraktion beteiligen als die Vorderräder, wodurch i. a. ein sehr fahrstabiler Zustand des Fahrzeugs erreicht wird.

Bei höheren Fahrgeschwindigkeiten, vorzugsweise oberhalb von etwa 25 km/h, kommt es in erster Linie auf eine gute Fahrstabilität an, während bei niedrigeren Fahrgeschwindigkeiten, vorzugsweise unterhalb 25 km/h, der Traktion eine besondere Bedeutung zukommt. Aus diesem Grunde ist es von Vorteil, wenn bei der Aussteuerung des Kupplungseingriffes der beiden steuerbaren Rutschkupplungen 7.1 und 7.2 zwischen dem Fahrzustand "Langsamfahrt" und "Schnellfahrt" unterschieden wird.

In einem oberen Geschwindigkeitsbereich, vorzugsweise oberhalb einer Fahrgeschwindigkeit von 25 km/h, ist es von Vorteil, beide steuerbaren Rutschkupplungen 7.1 und 7.2 auf einen gleich großen Kupplungseingriff auszusteuern, d. h. so, daß sie gleich große Drehmomente übertragen können, und zwar in der Weise, daß der Grad ihres Kupplungseingriffes nach dem sogenannten "Select-Low"-Prinzip von dem Rad 5 _L bzw. 5 _R der Hinterachse bestimmt wird, welches den Rädern 4 der Vorderachse mit dem geringeren Schlupfabstand folgt, also von dem Rad, bei dem die ungünstigeren Kraftschlußverhältnisse vorliegen.

In einem unteren Geschwindigkeitsbereich, z. B. unterhalb einer Fahrgeschwindigkeit von 25 km/h, ist es demgegenüber dann, wenn auch hier die beiden Rutschkupplungen 7.1 und 7.2 auf einem gleich großen Kupplungseingriff ausgesteuert werden, zur Erzielung eines guten Traktionsvermögens von Vorteil, wenn der Grad ihres Kupplungseingriffes in diesem Geschwindigkeitsbereich nach dem sogenannten "Select-High"-Prinzip von dem Rad 5 _L bzw. 5 _R der Hinterachse bestimmt wird, welches den Rädern 4 der Vorderachse mit dem größeren Schlupfabstand folgt, d. h. also von dem Rand, bei dem die günstigeren Kraftschlußverhältnisse vorliegen.

Eine Regelanordnung, bei der die beiden steuerbaren Rutschkupplungen 7.1 und 7.2 generell auf einen gleich großen Kupplungseingriff ausgesteuert werden, läßt sich mit besonders geringem Aufwand realisieren, weil zu ihrer Aussteuerung ein gemeinsames Steuerglied Verwendung finden kann. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist z. B. ein Steuerglied 12 in Form einer hydraulischen Druckregeleinheit mit einer Hydraulikpumpe 13 vorgesehen, welche die als hydraulisch betätigbare Rutschkupplungen ausgebildeten Rutschkupplungen 7.1 und 7.2 mit einer Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt, deren Druck nach Maßgabe eines von der elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung 10 gelieferten Steuersignals k veränderbar ist. Es versteht sich, daß als steuerbare Rutschkupplungen nicht nur hydraulisch betätigbare Rutschkupplungen eingesetzt werden können, sondern grundsätzlich jede Art von Kupplung, deren Grad des Kupplungseingriffes steuerbar ist, also sowohl reibungs- als auch hydrostatische oder hydrodynamische Kupplungen.

Besondere Vorteile ergeben sich jedoch, wenn gemäß dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3 die beiden steuerbaren Rutschkupplungen 7.1 und 7.2 im unteren Geschwindigkeitsbereich, also vorzugsweise unterhalb einer Fahrgeschwindigkeit von etwa 25 km/h, voneinander unabhängig, d. h. individuell ausgesteuert werden. Dann ist es in vorteilhafter Weise nämlich möglich, den Kupplungseingriff der beiden Rutschkupplungen derart auszusteuern, daß beide Räder 5 _L bzw. 5 _R der Hinterachse auch bei u. U. unterschiedlichen Drehzahlen mit gleichem Schlupfabstand zu den Rädern 4 der Vorderachse laufen, wodurch sich optimale Traktionsverhältnisse ergeben. Eine solche individuelle Aussteuerung der beiden Rutschkupplungen, die eine individuelle Momentenregelung der beiden Hinterräder 5 _L bzw. 5 _R bedeutet, ist im unteren Geschwindigkeitsbereich im Hinblick auf die erzielbaren Traktionswerte von großem Vorteil; für die erstrebte hohe Fahrstabilität im oberen Geschwindigkeitsbereich ist es jedoch vorteilhafter, wie zuvor erläutert beide Rutschkupplungen gleich auszusteuern und nach dem "Select-Low"-Prinzip zu betreiben.

Bekanntlich laufen die vier Räder eines Kraftfahrzeugs bei Kurvenfahrt auf unterschiedlich großen Kurvenradien, wobei sich insbesondere bei enger Kurvenfahrt größere Unterschiede in der Umfangsgeschwindigkeit der Räder ergeben. In gleicher Weise ist die tatsächliche oder wahre Fahrgeschwindigkeit (Geschwindigkeit über Grund) an den verschiedenen Stellen des Fahrzeuges, insbesondere in Höhe der vier Fahrzeugräder, unterschiedlich groß, weil sich diese Punkte auf unterschiedlichen Kurvenbahnen bewegen. Bei der Ermittlung des Schlupfes der Vorderräder 4, insbesondere des mittleren Schlupfes, und des Schlupfes der beiden Hinterräder 5 bzw. 5 _L, 5 _R einerseits müssen diese kinematischen Rollbedingungen bei Kurvenfahrt berücksichtigt werden, wie dies z. B. auch bereits aus der DE-OS 32 25 459 bekannt ist.

In Fig. 4 sind die kinematischen Rollbedingungen bei enger Kurvenfahrt schematisch dargestellt, wobei l den Achsabstand, s die Spurweite, M _P den Mittelpunkt der Kreisfahrt, R _VR, R _VL, R _V den Kreisradius des rechten sowie linken Vorderrades und den Radius des Mittelpunkts der Vorderachse sowie R _HR, R _HL, R _H die entsprechenden Kreisradien des rechten und linken Hinterrades sowie den Kreisradius Mitte Hinterachse darstellen. Der Lenkwinkel der eingeschlagenen Vorderräder ist dabei mit δ _L bezeichnet.

Für reines Rollen (ohne Schlupf) gelten bei enger Kurvenfahrt folgende Verhältnisse:

In gleicher Weise ergibt sich für das kurvenäußere Hinterrad, in Fig. 4 das rechte Rad, die Winkelgeschwindigkeit

Wegen der festen Verknüpfung des Lenkwinkels δ _L mit den Beziehungen der mittleren Winkelgeschwindigkeit der Vorderräder mit den Winkelgeschwindigkeiten der beiden Hinterräder ist es - wie in den Fig. 2 und 3 angedeutet - der Recheneinheit der Steuer- und Regeleinrichtung 10 bei Eingabe eines dem Lenkwinkel δ _L proportionalen Signales in einfacher Weise möglich, bei der Ermittlung der verschiedenen Schlupfwerte enge Kurvenfahrten zu berücksichtigen, z. B. in der Weise, daß die an einer definierten Stelle, z. B. mittig der Vorderachse, mit Hilfe von Beschleunigungsmessern etc. erfaßte wahre Geschwindigkeit bzw. Geschwindigkeit über Grund bei Kurvenfahrt bei der Schlupfermittlung für insbesondere die Hinterräder entsprechend korrigiert bzw. umgerechnet wird.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung zur Regelung der Kraftübertragung eines vierradgetriebenen Kraftfahrzeugs mit Verteilergetriebe ergibt sich für das Fahrzeug ein Optimum aus Traktion, Fahrstabilität und Sicherheit gegen eventuelle Bedienungsfehler. Es findet eine selbsttätige, dem Beladungszustand des Fahrzeugs angepaßte Verteilung der Antriebskraft auf Vorder- und Hinterachse statt. Im Vergleich zu permanenten Allradantrieben kann in jedem Fall auf ein Mitteldifferential zum Ausgleich von Drehzahlunterschieden zwischen Vorder- und Hinterachse verzichtet werden, im Falle der Verwendung zweier steuerbarer Rutschkupplungen kommt zusätzlich auch das Hinterachsdifferential in Fortfall. Auch die sonst an sich erforderlichen - von Hand zu bedienenden - Differentialsperren werden - jedenfalls bei Verwendung zweier Rutschkupplungen - nicht mehr benötigt, weil sich von selbst eine automatische Hinterachs-Sperrwirkung ergibt wenn die beiden Rutschkupplungen bei Langsamfahrt unabhängig voneinander individuell ausgesteuert werden bzw. wenn sie zwar auf den gleichen Kupplungseingriff ausgesteuert, jedoch nach dem "Select-High"-Prinzip betrieben werden.

Claims

1. Anordnung zum Regeln der Kraftübertragung eines mittendifferentiallosen vierradgetriebenen Kraftfahrzeuges mit Verteilergetriebe, über das die Räder einer ersten Achse unmittelbar und die Räder einer zweiten Achse unter Zwischenschaltung einer Rutschkupplung angetrieben werden, mit Drehzahlzensoren zur Erfassung der Drehzahl bzw. Umfangsgeschwindigkeit zumindest eines Teils der Fahrzeugräder sowie mit einer Steuer- und Regeleinrichtung, durch die der Grad des Kupplungseingriffs steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regeleinrichtung (10) den Kupplungseingriff derart steuert, daß der Schlupf der Räder der zweiten Achse in einer steuerbaren festen Beziehung zum Schlupf der Räder der ersten Achse steht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebe- und Achsübersetzungen derart bemessen sind, daß beide Achsen achsmittig bei völlig eingerückter Kupplungseinrichtung (7) (Kupplungseingriff = 100%) mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit (ω) umlaufen und daß die Steuer- und Regeleinrichtung (10) den Kupplungseingriff derart steuert, daß der Schlupf der Vorderräder (4) ständig um einen steuerbaren Wert größer ist als der Schlupf der Hinterräder (5).

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebe- und Achsübersetzungen derart bemessen sind, daß die Hinterachse achsmittig bei völlig eingerückter Kupplungseinrichtung (7) (Kupplungseingriff = 100%) mit höherer Umfangsgeschwindigkeit (ω 5) umläuft als die Vorderachse und daß die Steuer- und Regeleinrichtung (10) den Kupplungseingriff in Abhängigkeit eines vom Fahrzeuglenker vorgebbaren Steuerbefehls oder selbsttätig in Abhängigkeit von Fahrzustandsgrößen nach Bedarf entweder derart steuert, daß der Schlupf der Vorderräder (4) um einen steuerbaren Wert größer ist als der Schlupf der Hinterräder (5), oder derart, daß der Schlupf der Hinterräder (5) um einen steuerbaren Wert größer ist als der Schlupf der Vorderräder (4).

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regeleinrichtung (10) einen die Leistung des Antriebsmotors (1) verringernden Regeleingriff auslöst, sobald und solange der Schlupf der Räder (4, 5) einen vorbestimmten Wert überschreitet.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regeleinrichtung (10) den Kupplungseingriff völlig aufhebt, sobald und solange die Betriebsbremse des Fahrzeugs betätigt ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die beiden Räder (5 _L, 5 _R) der zweiten Achse zwei steuerbare Rutschkupplungen (7.1; 7.2) mit steuerbarem Grad des Kupplungseingriffs geschaltet sind, die jeweils eingangsseitig einen starren Durchgriff zum Verteilergetriebe (3) besitzen.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß beide steuerbaren Rutschkupplungen (7.1; 7.2) in einem oberen Geschwindigkeitsbereich, vorzugsweise oberhalb einer Fahrgeschwindigkeit von etwa 25 km/h, auf einen gleich großen Kupplungseingriff ausgesteuert sind und daß der Grad ihres Kupplungseingriffs nach dem "Select-Low"-Prinzip von dem Rad der zweiten Achse bestimmt wird, welches den Rädern (4) der ersten Achse mit dem geringsten Schlupfabstand folgt.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beide steuerbaren Rutschkupplungen (7.1; 7.2) auch in einem unteren Geschwindigkeitsbereich, vorzugsweise unterhalb einer Fahrgeschwindigkeit von etwa 25 km/h, auf einen gleich großen Kupplungseingriff ausgesteuert sind und daß der Grad ihres Kupplungseingriffes nach dem "Select-High"-Prinzip von dem Rad der zweiten Achse bestimmt wird, welches den Rädern (4) der ersten Achse mit dem größeren Schlupfabstand folgt.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussteuerung der beiden steuerbaren Rutschkupplungen (7.1; 7.2) mittels eines gemeinsamen Steuerglieds (12) erfolgt.

10. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beide steuerbaren Rutschkupplungen (7.1; 7.2) in einem unteren Geschwindigkeitsbereich, vorzugsweise unterhalb einer Fahrgeschwindigkeit von etwa 25 km/h, voneinander unabhängig auf einen Kupplungseingriff ausgesteuert sind, bei dem beide Räder (5 _L, 5 _R) der zweiten Achse auch bei unter Umständen unterschiedlichen Drehzahlen mit gleichem Schlupfabstand zu den Rädern (4) der ersten Achse laufen.