DE3437435C2

DE3437435C2 - Anordnung zur Steuerung der Kraftübertragung eines vierradangetriebenen Fahrzeuges

Info

Publication number: DE3437435C2
Application number: DE3437435A
Authority: DE
Inventors: Matthias Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Dietz; Robert 7251 Mönsheim Müller; Norbert Dipl.-Ing. 7251 Weissach Stelter; Lothar Dipl.-Ing. 7143 Vaihingen Witte; Rainer Dipl.-Ing. Wüst (FH), 7135 Wiernsheim
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1984-10-12
Filing date: 1984-10-12
Publication date: 1986-08-21
Also published as: FR2571669A1; IT8522405A0; IT1200766B; SE452291B; GB2167718B; DE3437435A1; SE8504724D0; GB2167718A; GB8525258D0; JPS6198631A; SE8504724L; FR2571669B1; US4754835A

Abstract

Bei diesem Fahrzeug wird mittels einer Brennkraftmaschine über eine Kupplungs-Getriebe-Einheit eine Hauptantriebsachse direkt und eine Zusatzantriebsachse über eine kontinuierlich steuerbare Längskupplung angetrieben. Aus einer Differenz einer Sollzugkraft, die aus einer Solleistung und einer Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt wird, und einem Fahrwiderstand, der über eine Fahrwiderstandskennlinie aus der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt wird, wird ein Zugkraftüberschuß bestimmt, aus dem über ein Kennfeld eine Steuergröße zur Ansteuerung der Längskupplung gewonnen wird. Die Längskupplung kann ferner jeweils allein oder vorteilhaft auch in Kombination mit dieser Steuergröße durch eine weitere Steuergröße angesteuert werden, die mittels eines, mit von Betriebs- oder Fahrparametern abhängiger Gewichtung versehenen Quadrats einer Drehzahldifferenz an der Längskupplung bestimmt wird. Das damit erzielte Fahrverhalten ermöglicht eine gute Lenkbarkeit des Fahrzeugs bei maximaler Fahrsicherheit und Traktion.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Bei Kraftfahrzeugen erweist sich ein Antriebssystem mit lediglich zwei angetriebenen Achsen bei schlechten Fahrbahnverhältnissen häufig als unzureichend traktionsfähig bei der Fahrzeugbeschleunigung. Aufgrund

dessen werden Kraftfahrzeuge, auch Hochleistungsund Geländefahrzeuge, häufig mit einem permanenten Vierradantrieb ausgestattet. Das Fahrverhalten derartiger Fahrzeuge ist in der Regel verbesserungswürdig, insbesondere was die Lenkbarkeit und das Umfahren enger Biegungen betrifft. Ferner führen die guten Vortriebswerte mitunter zur Überbewertung des Gesamtfahrverhaltens des Fahrzeuges, was zu kritischen Fahrsituationen führen kann, insbesondere dann, wenn das Fahrzeug — trotz Vortrieb — nicht mehr entlang einem vorgegebenen Kurvenverlauf steuerbar ist. Ein »Abfangen« des Fahrzeuges, das bei konventionell angetriebenen Fahrzeugen durch Hervorrufen eines gezielten Lastwechsels oder durch Ziehen einer Hinterachs-Feststellbremse auch von weniger geübten Fahrern erreicht werden kann, ist damit nicht möglich.

Zur Verbesserung der Traktion wird in der US-PS 3411601 vorgeschlagen, eine Drehmomentzuteilung eines von einer Brennkraftmaschine erzeugten Antriebsmoments auf zwei angetriebene Achsen vorzunehmen, um die durch unterschiedliche Fahrbedingungen entstehenden Belastungen der Radantriebsachsen und damit der maximal aufbringbaren Zugkräfte Rechnung zu tragen.

Dies erfolgt dort allerdings nur abhängig von der Fahrzeugbeschleunigung (bzw. geschwindigkeits- oder gangabhängig), so daß sich keine Verbesserung des Kurvenfahrens ergibt. Außerdem ist der mechanische Aufwand beträchtlich, da jeweils zwei hydrodynamische Drehmomentwandler und Getriebe notwendig sind.

Ein Abschalten einer Sperrvorrichtung für Ausgleichsgetriebe von Kraftfahrzeugen in Abhängigkeit vom Lenkungseinschlag ist bereits aus der DE-PS 459638 bekannt.

Damit wird zwar die Lenkbarkeit des Fahrzeugs erheblich verbessert, ein abruptes Abschalten der Sperre kann jedoch bei schlechten Fahrbahnverhältnissen zu einem unerwartet instabilen Fahrverhalten des Fahrzeugs durch den durch die Trägheit des Antriebssystems entstehenden Ruck führen.

Eine Anordnung zur Regelung der Leistungsübertragung eines vierradangetriebenen Fahrzeugs geht aus der DE-OS 33 13 182 hervor. Die Anordnung sieht eine Erfassung der Winkelbeschleunigung an den Hauptantriebsrädern vor; überschreitet diese einen Bezugswert, ab dem ein Rutschen der Antriebsräder erfolgen kann, so erfolgt eine Zuschaltung der Zusatzantriebsachse. Da eine mögliche maximale Fahrzeugbeschleunigung mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit abnimmt, wird der Bezugswert zusätzlich geschwindigkeitsabhängig variiert.

Ferner ist mit der DE-OS 3312 694 eine vergleichbare Anordnung bekanntgeworden, bei der eine Zuschaltung der Zusatzantriebsräder jedoch dann erfolgt, wenn der Schlupf zwischen Haupt- und Zusatzantriebsrädern einen Bezugswert überschreitet, der vom Istzustand der Motorleistung abhängig ist. Damit soll der Tatsache Rechnung getragen werden, daß bei ansteigender Motorlast höhere Schlupfwerte auftreten können.

Nachteilig an diesen Lösungen ist, daß ein Zuschalten der zweiten Achse erst dann erfolgt, wenn ein Rutschen bereits eingetreten ist, wodurch sich, insbesondere bei Kurvenfahrt, ein instabiler Fahrzustand einstellt oder einsteilen kann. Wird in einem derartigen Zustand zusätzlich durch das abrupte Zu- bzw. Abschalten des Zusatzantriebs eine das Fahrverhalten nachhaltig beeinflussende Veränderung im Antriebskonzept des Fahrzeugs vorgenommen, so kann sich der instabile Fahrzustand zusätzlich verschlechtern; das Fahrzeug ist dann auch von einem geübten Fahrer nicht mehr unter Kontrolle zu bringen.

Zur Verbesserung dieser Nachteile sieht das System zur Steuerung des Antriebsdrehmoments eines vierradangetriebenen Fahrzeuges nach der EP-A 00 76148 eine Zuschaltung der Zusatzantriebsräder in zwei Stufen mittels einer hydraulisch betätigten Mehrscheibenkupplung vor. Die Kupplungsscheiben sind hierbei über zwei Ringkolben unterschiedlichen Durchmessers mit einer mittleren und einer höheren Anpreßdruck-.kraft beaufschlagbar oder voneinander lösbar. Bei mittlerer Anpreßdruckkraft ist ein Rutschen der Kupplung möglich, sofern das Antriebsmoment einen für die Haftgrenze maßgeblichen Wert überschreitet. Die unterschiedlichen Druckstufen werden in Abhängigkeit von einem Lastsensor oder einem Überschreiten eines Schlupfgrenzwerts zwischen Haupt- und Zusatzantriebsrädern angesteuert.

Dadurch ist zwar die mit dem abrupten Umschalten von Zwei- auf Vierradantrieb (oder umgekehrt) auftretende Problematik etwas gemildert. Die — immer noch stufige — Umschaltung kann bei kritischen Fahrbahnzuständen dennoch zu einem unerwarteten Verlust der Beherrschung des Fahrers über sein Fahrzeug fuhren. Dies nicht zuletzt deshalb, weil ein Schlüpfen der Kupplung erst dann möglich ist, wenn das Antriebsdrehmoment höher als das Haftreibungsmoment der Kupplung ist, so daß sich eine zusätzliche (negative) Beeinflussung der Fahrdynamik ergibt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur Steuerung der Kraftübertragung auf die Achsen eines vierradgetriebenen Kraftfahrzeuges zu schaffen, durch die — unter Beibehaltung eines einfachen mechanischen Aufbaus — bei verhältnismäßig geringer Anzahl an sensorisch erfaßten Betriebs- und Fahrparametern und geringem steuerungstechnischen Aufwand erreicht wird, daß die traktionsbedingten Vorteile des Vierradantriebs mit den Vorteilen des Fahrverhaltens des Zweiradantriebs kombiniert werden, ohne deren jeweilige Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, die Erfindung in vorteilhafter Weise ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Vorteile der Erfindung sind hauptsächlich in der geringen Anzahl und der guten Meßbarkeit der erfaßten Signale, dem geringen steuerungstechnischen Aufwand, dem einfachen mechanischen Aufbau, sowie der darin begründeten Verbesserung der Traktion und des Fahrverhaltens zu sehen. Die automatische Steuerung der Kraftübertragung erlaubt es dem Fahrer, sich weitestgehend auf das Fahren zu konzentrieren und in speziellen Fahrzuständen gegebenenfalls zusätzlich in die Steuerung einzugreifen. Ferner wird mit der Anordnung erreicht, daß der Reifenverschleiß bei Vierradantrieb verringert und die mechanische Belastung der Aggregate der Kraftübertragung, z.B. durch Verspannungen, in Grenzen gehalten wird und daß eine gute Laufleistung aller Komponenten der Anordnung gewährleistet ist.

Die Erfindung ist beispielhaft anhand von Zeichnungen erläutert und wird nachstehend näher beschrieben. Es zeigt

Fig.] ein Schemabild einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeuges,

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild eines Steuergeräts mit Eingangs- und Ausgangsgrößen,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines auf einem Steuergerät zur Steuerung einer Längskupplung implementierten StcuerverCahrens, S

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines weiteren, auf einem Steuergerät zur Steuerung einer Längskupplung implementierten Steuerverfahrens,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Kombination der Steuerverfahren nach Fig. 3 und F ig. 4 mit einer Erweiterung zur zusätzlichen Steuerung von Differentialen an einer Hauptantriebsachse und einer Zusatzantriebsachse,

Fig. 6 ein Zugkraft-Geschwindigkeits-Diagramm.

In Fig. 1 ist mit 1 ein allradangetriebenes Kraftfahrzeug mit einer Hauptantriebsachse 2 (Hinterachse) und einer Zusatzantriebsachse 3 (Vorderachse) bezeichnet. Z. B. im Bereich der Hauptantriebsachse 2, hier im Heckbereich des Kraftfahrzeugs 1, ist eine Brennkraftmaschine 4 angeordnet, die über eine Kupplungs-Getriebe-Einheit 5 ein kontinuierlich in seiner Sperrwirkung steuerbares Querdifferential 6 der Hauptantriebsachse 2 und zusätzlich über eine kontinuierlich steuerbare Längskupplung 7 ein Differential 8 der Zusalzanlriebsachse 3 antreibt. Dieses ist in einer einfachen Ausführung als übliches Differentialgetriebe ausgeführt; es kann aber auch ein selbstsperrendes oder kontinuierlich in seinem Sperrmoment steuerbares Differentialgetriebe sein. Räder 9, 10 an der Zusatzantriebsachse 3 sind lenkbar ausgeführt, während Räder II, 12 der Hauptantriebsachse 2 nicht lenkbar sind. Stellglieder 13, 14 zur Betätigung von einer Sperre des Querdifferenlials 6 und der Längskupplung 7 sind lediglich symbolisch eingezeichnet, ebenso ein gestrichelt eingezeichnetes Stellglied 15 einer Sperre des Differentials der Zusatzantriebsachse 3, das nur im Falle eines kontinuierlich in seinem Sperrmoment steuerbaren DilTerentials benötigt wird; die Stellglieder können an den Aggregaten angeflanscht, teilweise oder ganz in diese integriert oder wenigstens teilweise außerhalb dieser angeordnet und mit diesen mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch verbunden sein.

Das in Fig. 2 gezeigte Steuergerät 16 mit seinen Ein- und Ausgangsgrößen stellt eine Maximalkonfiguration dar, bei der außer dem Stellglied 14 der Längskupplung 7 auch noch das Stellglied 13 des Querdifferentials 6 und das Stellglied 15 des Differentials 8 angesteuert werden. Auch von den angeschlossenen Sensoren reicht bereits eine bestimmte Anzahl für ein gutes Funktionieren der Anordnung aus.

Es ist dabei angenommen, daß die Stellglieder linear wirken und eventuell mit unterlagerten Regelkreisen verschen sind. Selbstverständlich können die Regelkreise auch im Steuergerät 16 implementiert sein. Eventuelle Rückführungen von Meßwerten sind dabei nicht gezeigt Ohnehin sind die in den Darstellungen gezeigten Verbindungen zwischen Funktionsblöcken eher als Wirkungslinien zu sehen.

Das Steuergerät 16 ist dabei bevorzugt auf der Basis eines Mikrorechnersystems aufgebaut. Der Aufbau des Steuergeräts entspricht einer üblichen Prozeßrechnerkonfiguration mit Zentraleinheit, flüchtigen und nicht flüchtigen Speichern (RAM und ROM), Eingangs- und Ausgangsbausteinen, Zeitgebern usw.; daher wird auf den Aufbau nicht näher eingegangen.

An das Steuergerät 16 angeschlossen ist ferner ein Display 17, das im Armaturenbrettbereich des Kraftfahrzeuges angeordnet ist und einem Fahrer Informationen über einen augenblicklichen Zustand der Anordnung anzeigt, z. B., welche Differentialsperre zu wieviel Prozent betätigt ist und zu welchem Prozentsatz die Längskupplung das Antriebsmoment auf die Vorderachse aufteilt; ebenso können mögliche Fehler in der Anordnung angezeigt werden.

Eine, eine Steuergröße r abgebende Verstelleinheit 18 läßt eine gezielte Beeinflussung des Steuerverfahrens zu, die teils vom Fahrer und, teils nur von einem Servicepersonal vorgenommen werden können. Es soll dem Fahrer z. B. ermöglicht werden, bestimmte Steuerverfahren in Abhängigkeit von einem Fahrbahnzustand anzuwählen; bei einem in Schnee und losem Untergrund festgefahrenen Fahrzeug kann es z. B. sinnvoll sein, einen starren Durchtrieb zur Zusatzantriebsachse und gegebenenfalls ein vollständiges Sperren der Differentiale einzustellen. Eine eventuelle sensorische Erfassung eines Reibwerts zwischen Rädern und einer Fahrbahn sei ebenfalls der Verstelleinheit 18 zugeordnet.

Das Wort sensorisch ist hier nicht unbedingt nur im eventuellen alleinigen Erfassen einer Meßgröße oder in einem Umwandeln der Meßgröße in eine andere physikalische Größe zu sehen, es kann auch ein Verarbeiten oder Vorverarbeiten einer oder mehrerer erfaßten Größen bedeuten.

Zur Berechnung einer — intern benötigten — Sollleistung Ps erhält das Steuergerät 16 von einem Motordrehzahlmesser 19 ein Motordrehzahlsignal nm und entweder ein Fahrpedalsignal von einem Fahrpedalgeber 20 oder ein Drosselklappenwinkelsignal von einem Drosselklappenwinkelgeber 21 und im Falle einer aufgeladenen Brennkraftmaschine, von einem Ladedruckgeber 22 ein Ladedrucksignal pm und von einem Ladelufttemperaturgeber 23 ein Ladelufttemperatursignal 77.

Eine Erfassung eines Lenkeinschlags durch einen Lenkwinkelgeber 24 ist in den Grundversionen nicht vorgesehen, da das Steuergerät auch ohne ein Lenkeinschlagsignal & ein hervorragendes Fahrverhalten gewährleistet; es wird lediglich zum Erreichen einer letzten Verfeinerung benötigt und sei deshalb nur der Vollständigkeit halber erwähnt.

Von den, den Rädern 9 und 10 zugeordneten Gebern 25 und 26 sowie den, den Rädern 11 und 12 zugeordneten Gebern 27 und 28 erhält die Steuereinheit 16 Signale v/7, vfr. vrl und vrr, die den Geschwindigkeiten dieser Räder an Zusatz- und Hauptantriebsachse 3, 2 entsprechen.

Diese Signale werden auch für ein Steuergerät eines Antiblockierbremssystems (ABS) benötigt, so daß ihre Signalerfassung bei Fahrzeugen, die mit einem derartigen System ausgerüstet sind, auch gemeinsam erfolgen kann, d. h., sie werden von einem der beiden Systeme erfaßt und dem anderen zur Verfugung gestellt.

Am Steuergerät 16 ist ein externes Bussystem 28 vorgesehen, über das das Steuergerät mit anderen, im Fahrzeug zu Steuerungs-, Meß- und Informationszwecken eingesetzten Digitalrechnersystemen, beispielsweise einem Steuergerät eines ABS oder einem Motormanagementrechner (Digitale Motorelektronik), kommunizieren kann.

Dem System kann ferner ein Verzögerungssigna] -b von dem Steuergerät eines ABS oder eines Bremslichtschalters zugeführt werden, worauf das Steuergerät 16 bei einem Fahrzeug, das mit einem ABS ausgerüstet ist, wenigstens das Stellglied 14 der Längskupplung 7 soweit absteuert, daß das ABS einen auftretenden Bremsschlupf sicher erfassen und regelnd in die Dosierung der Bremskraft einwirken kann.

Bei Fahrzeugen ohne ABS kann es auch sinnvoll sein, die Stellglieder 13 bis 15 beim Bremsen voll anzusteuern, um ein Überbremsen einzelner Räder oder Achsen zu vermeiden.

An das Steuergerät 16 können ferner Druckgeber 31, s 32 und 33 angeschlossen werden, die Signale entsprechend den Steuerdrücken pq, pi, pd am Ausgang der Stellglieder 13 bis 15 zu Regelungs-, Überwachungsoder Anzeigezwecken abgeben.

Das in Fig. 3 dargestellte Blockschaltbild zeigt ein fSteuerverfahren zur Ansteuerung der Längskupplung 7 entsprechend dem Anspruch 1. Dabei wird über ein Drosselklappenwinkel-Drehzahl-Kennfeld 34 aus dem Motordrehzahlsignal mn und dem Drosselklappenwinkelsignal α oder dem Fahrpedalsignal φ eine vom Fahrer vorbestimmte Solleistung ftbei einer augenblicklichen Motordrehzahl bestimmt. Bei Motoren, die z. B. mit Turboladern ausgerüstet sind, werden dem Kennfeld 34 zusätzlich ein Ladedruck- und ein Ladelufttemperatursignal pm und 77 zugeführt. Im Falle eines mit einer digitalen Motorelektronik zur Steuerung von Zündung und Einspritzung versehenen Kraftfahrzeugs kann dieser in der Regel bereits ein Signal entsprechend dem Betrag der Solleistung Ps entnommen werden.

Über eine mit einer Konstanten α gewichteten Mittelwertbildung 35 wird aus den Radgeschwindigkeitssignalen v/7 und vfr eine einer Fahrgeschwindigkeit entsprechende Geschwindigkeit vf der Räder an der Zusatzantriebsachse bestimmt. Daraus und aus der Sollleistung Ps oder dem Betrag I ft I wird über einen zweiten funktionellen Zusammenhang/2 (.Ps, vf) 36, der weiter unten anhand eines Diagramms näher erläutert wird, ein Betrag einer Sollzugkraft l/zj I an der Zusatzantriebsachse ermittelt. Aus diesem und einem Fahrwiderstand Fv an der Zusatzantriebsachse wird mittels einer Differenz 37 mit Betragsbildung ein Betrag eines Zugkraftüberschusses ■ AF\, und daraus über ein erstes Kennfeld 38 ein erster Steuerwert pV bestimmt, der über einen ersten funktionellen Zusammenhang/ {pl', r, pl") 39 in eine Steuergröße pl zur Ansteuerung des Stellglieds 14 der Längskupplung gewandelt wird; der Fahrwiderstand Fv an der Zusatzantriebsachse wird dabei über eine Fahrwiderstandskennlinie 40 aus der Geschwindigkeit vf bestimmt. Der erste funktionell Zusammenhang kann noch von weiteren Größen, etwa von der Steuergröße r von der Verstelleinheit 18 angesteuert sein und/oder einem zweiten Steuerwerk pl", der aber hier zu Null gesetzt sein soll und nachfolgend noch erläutert wird. Im einfachsten Fall besteht der erste funktioneile Zusammenhang f\ {pl', r,pl") 39 in einer konstanten Übersetzung einer seiner Eingangsgrößen in die Ausgangsgröße (Steuergröße) pl, kann aber auch eine gewichtige Addition der Eingangsgrößen oder eine gewichtete Maximalwertauswahl aus ihnen sein.

Am Rande sei vermerkt, daß der Begriff »Kennfeld« als Oberbegriff für einen digitalisierten, (d. h., an Stützstellen erfaßten) in einem Speicherbereich abgelegten funktionellen Zusammenhang zu sehen ist, der im einfachstenFall eine Konstante, weiter eine Kennlinie oder eine von einem oder mehreren Parametern veränderliche Kennlinie oder sogar ein von mehreren Kenngrößen abhängiges mehrdimensionales Kennfeld umfassen kann, wobei bei Werten zwischen den Stützstellen jeweils quantisiert oder interpoliert wird.

Wird der erste Steuerwert pl' über das erste Kennfeld 38 lediglich aus einer unabhängigen Variablen, — dem Betrag des Zugkraftüberschusses I AF\ bestimmt, so erweist sich eine Kennlinie als günstig, die entweder konstant oder (linear) ansteigend ist oder die für kleine Werte der anabhängigen Variablen einem konstanten Grundwert/7/Wn, fürgrößere Werte der unabhängigen Variablen einen anwachsenden und für noch höhere Werte der unabhängigen Variablen wieder einen konstanten, einem Maximalwert pl'max der abhängigen Variablen pl' entsprechenden Wert aufweist.

Falls zusätzlich die Steuergröße r mit verarbeitet wird, kann eine Kennlinie (bzw. ein Kennfeld) des ersten Kennfeldes 38 abhängig von r in Form, Grundwert pl'min, Steigung oder Maximalwert pl'max verändert werden.

Fig. 4 zeigt ein weiteres, eigenständiges Steuerverfahren zur Steuerung der Längskupplung 7 entsprechend Anspruch 2, das jedoch sinnvoll mit dem Steuerverfahren nach Fig. 3 kombinierbar ist, wie dies in Fig. 5 noch näher erläutert wird. Die Mittelwertbildung 35 zur Gewinnung von vf und der erste funktioneile Zusammenhang 39 entsprechen den unter Fig. 3 beschriebenen Zusammenhängen, mit der Einschränkung, daß nun die Eingangsgröße pl' des ersten funktionellen Zusammenhangs 39 zu Null gesetzt ist und dieser mit dem zweiten Steuerwert pl" beaufschlagt wird.

Über eine, mit einer Konstanten cj gewichteten Mittelwertbildung 41 wird aus den Radgeschwindigkeitssignalen vrl und vrr eine Geschwindigkeit vr der Räder an der Hauptantriebsachse 2 bestimmt. Aus einer mit der Konstanten ο gewichteten Differenz 42 der Geschwindigkeiten von Zusatz- und Hauptantriebsachse vf und vr resultiert eine Drehzahldifferenz AnI an einer Eingangs- und Ausgangswelle der Längskupplung, die durch Potenzierung, vorzugsweise Quadratbildung 43 und Multiplikation 44 mit einem Faktor k, zum zweiten Steuerwert pl" zusammengesetzt wird.

Der Faktor £1 kann entweder konstant gewählt werden oder über ein zweites Kennfeld 45 aus vf und/oder dem Lenkeinschlagsignal # ermittelt werden.

Im Falle eines konstanten Faktors /c, entspricht die Ansteuerung der Längskupplung einer Fliehkraftregclung der Drehzahldifferenz AnI an der Längskupplung (Kupplungsschlupf)·

Wird k\ allein aus der Geschwindigkeit vf bestimmt, so besteht das zweite Kennfeld aus einer Kennlinie, die mit wachsender Geschwindigkeit vf ansteigt. Wird zusätzlich das Lenkeinschlagsignal d mit überwacht, wird die Ausgangsgröße k\ des zweiten Kennfelds bei wachsendem Betrag des Lenkeinschlags relativ stark reduziert, um eine gute Lenkbarkeit des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen.

Eine Kombination der Steuerverfahren nach F i g. 3 und Fig. 4 bzw. ihrer Ausgangsgrößen pl' und pl" und ihrer gemeinsamen Verarbeitung, eventuell noch mit der Steuergröße r, mittels des ersten funktionellen Zusammenhangs/1 (pl', r, pl") 39 ist in Fig. 5 dargestellt.

Das Steuerverfahren nach Fig. 4 stellt dabei einen »Überdrehschutz« (Begrenzung des Kupplungsschlupfs AnI) dar und ist daher äußerst sinnvoll und in der Kombination noch wirksamer zum Erreichen eines guten Fahrverhaltens, als eines der Verfahren für sich alleine.

Ebenfalls gezeigt sind Funktionsblöcke 46 und 47 zur Ansteuerung eines kontinuierlich in seiner Sperrwirkung steuerbaren Querdifferentials 6 der Hauptantriebsachse 2 und eines kontinuierlich in seiner Sperrwirkung steuerbaren Differentials 8 der Zusatzantriebsachse 3.

Dabei ist der funktionelle Ablauf zur Bestimmung einer Sperrmomentsteuergröße mq zur Ansteuerung

des Querdifferentials 6 und einer Sperrmomentsteuergröße mqj' zur Ansteuerung des Differentials 8 weitgehend identisch mit dem zur Bestimmung des zweiten Steuerwerts pl"\ allerdings erfordern die entsprechenden Kennfelder und Kenngrößen eine andere, insbesondcrc auch fahrzeügspezifische Anpassung.

Aus einer Differenz 48 und 49 der Radgeschwindigkeitssignale vri und vfr an der Hauptantriebsachse bzw. vß und vfr an der Zusatzanstriebsachse resultiert eine Drehzahldifferenz Anq an den Ausgangswellen des Querdifferentials 6 bzw. Anqf an den Ausgangswellen des Differentials 8, die durch Potenzierung, vorzugsweise Quadratbildung 50 bzw. 51 und Multiplikation 52und 53 mit einem Faktor ki bzw. kj zu den Sperrmomentsteuergrößen mq bzw. mqf zusammengesetzt werden.

Die Faktoren k₂ bzw. A₃ können hierbei wieder konstant gewählt oder über ein drittes Kennfeld 54 bzw. ein viertes Kennfeld 55 jeweils aus der Drehzahldifferenz AnI an der Eingangs- bzw. an der Ausgangswelle der Längskupplung und/oder der Solleistung Ps und/oder der Geschwindigkeit vf der Räder an der Zusatzantriebsachse und/oder dem Lenkeinschlagsignal & bestimmt werden. Hierbei wird der Faktor fo bzw. Zc₃ mit wachsenden Beträgen der Drehzahldifferenz AnI an der Längskupplung, der Solleistung Ps und der Geschwindigkeit vf zunehmen und mit wachsendem Betrag des Lenkeinschlags, insbesondere an der Achse mit gelenkten Rädern, relativ stark abnehmen. Das dritte Kennfeld und das vierte Kennfeld, sowie Anzahl und Auswahl der Eingangsgrößen können dabei unterschiedlich sein.

Die Konstanten α bis es, der erste und zweite funktioneile Zusammenhang 39 bzw. 36 und das erste bis vierte Kennfeld 38, 45, 54 und 55 sind nur allgemein angegeben, da sie einer unterschiedlichen Anpassung an einen jeweiligen Fahrzeugtyp bedürfen. Hierbei liegen die Konstanten c\ bis α jeweils durch Raddurchmesserund Übersetzungsverhältnisse fest. Für die Auslegung der funktionellen Zusammenhänge und der Kennfelder ist die Angabe eines Beispiels dagegen wenig sinnvoll, weshalb lediglich Richtlinien angegeben werden, mit denen diese problemlos an die unterschiedlichen Fahrzeuge anpassbar sind.

' Lediglich auf den zweiten funktionellen Zusammenhang /2 (Ps, vf) 36 zur Bestimmung des Betrags der Sollzugkraft \Fzs\ aus der Solleistung β und der Geschwindigkeit vf der Räder an der Zusatzantriebsachse soll näher eingegangen und anhand eines Geschwindigkeils-Zugkraftdiagramms nach Fig. 6 erläutert werden.

Rein mathematisch gesehen errechnet sich die Sollzugkraft Fzs aus einer Division der Solleistung Ps durch die Geschwindigkeit vf. Für Geschwindigkeiten vf gegen Null geht dann aber die Sollzugkraft Fzs gegen unendlich, was aus physikalischen Gründen für eine Sollwertvorgabe nicht plausibel ist (maximale Zugkraft durch Haftreibungsgrenze zwischen Rad und Straße begrenzt). Ferner ist die sich bei vf= Null ergebende Division durch Null in der Rechnertechnik nicht erlaubt und führt im allgemeinen zu einem Programmabbruch.

In dem Geschwindigkeits-Zugkraftdiagramm sind Geschwindigkeits-Zugkraft-Kennlinien von Gangstufen 1 bis 5 (56 bis 60) einer Zusatzantriebsachse eines Fahrzeuges dargestellt, die die maximal möglichen Zugkräfte der Räder an der Zusatzantriebsachse eines Fahrzeugs in den einzelnen Gangstufen bei entsprechenden Geschwindigkeiten vf darstellen. Der höchste, überhaupt mögliche Wert der Zugkraft Fzfmax der Räder an der Zusatzantriebsachse ergibt sich bei einer Geschwindigkeit vfm'in auf der Kennlinie 56 der Gangstufe 1. Ein gestrichelt gezeichneter senkrechter Übergang von einer Kennlinie auf die nächste symbolisiert einen notwendigen Schaltvorgang bei Erreichen einer Maximaldrehzahl des Motors.

Kennlinien 61 bis 67 geben eine, einer bestimmten Leistung Ps = konstant bei einer bestimmten Geschwindigkeit vf zugehörige Zugkraft an. Sie sind hyperbelförmig, da sich die Zugkraft ja aus der Division der Solleistung Ps durch die Geschwindigkeit vf ergibt; die Kennlinie 61 kann z. B. einer Zugkraft bei maximal möglicher Motorleistung entsprechen.

Die Leistungskennlinie 63 stellt eine Einhüllende der Geschwindigkeits-Zugkraft-Kennlinien 54 bis 60 dar und kann daher als maximal mögliche Zugkraft Fzfmax der Räder an der Zusatzantriebsachse gelten.

Die Berechnung der Solizugkraft Fzs aus der Division der Solleistung Ps durch die Geschwindigkeit v/ist aber für Beträge von Geschwindigkeiten kleiner vfmin aus oben besagten Gründen nicht mehr sinnvoll, so daß dort besser ein konstanter, lediglich von der Solleistung abhängiger Wert als Ausgangswert des zweiten funktionellen Zusammenhangs 36 ausgegeben wird, insbesondere dann, wenn der Verteiiungsfaktor ^"lediglich aus dem Betrag der Sollzugkraft 1 Fzs ermittelt wird. Es ist zweckmäßig, den Ausgangswert des zweiten funktionellen Zusammenhangs/2 (Ps, vf) auf einen Wert Fzsmax zu beschränken, der dem höchstmöglichen Wert der Zugkraft Fzfmax der Räder an der Zusatzantriebsachse bei einem Maximalwert des ersten Steuerwerts pl'max entspricht. Diese beiden Sachverhalte äußern sich in den abknickenden (waagerecht verlaufenden) Teilen der Kennlinien 64 bis 67 für die Zugkraft Fzf der Räder an der Zusatzantriebsachse bei Ps = konstant. Andernfalls würde am Ausgang der Subtraktion 37 ein Maximalwert des Betrags des Zugkraftüberschusses AF i anstehen, der einen starren Durchtrieb zur Vorderachse erzeugen würde, womit letztendlich das Fahrzeug beim Anfahren oder Rangieren nahezu unlekbar würde.

Selbstverständlich ist die Anordnung auch zu einer Ansteuerung eines steuerbaren Verteilergetriebes bzw. eines kontinuierlich in seiner Sperrwirkung steuerbaren Zwischenachsdifferntials mit dem Steuerwert pi geeignet, insbesondere mittels der Anordnung nach Anspruch 2.

Der Betrag der Sollzugkraft \Fzs·, der Fahrwiderstand Fv, sowie der erste, zweite und dritte Faktor A₁, Zc₂ und Zc₃ werden üblicherweise aus der Fahrgeschwindigkeit ermittelt. Da allerdings an der Zusatzantriebsachse seltener Schlupf auftreten dürfte als an der Hauptantriebsachse, kann die Fahrgeschwindigkeit der Geschwindigkeit der Räder an der Zusatzantriebsachse gleichgesetzt werden. Dies schließt jedoch nicht aus, daß die Fahrgeschwindigkeit auch auf anderem Wege bestimmt werden kann, etwa durch berührungslos messende Sensoren oder durch Mittelwertbildung über die Geschwindigkeiten aller Räder. Ebenso kann der Wert im Verlauf des Rechenverfahrens auf Plauslbilität überwacht und im Falle nicht plausibler Werte auch geschätzt oder korrigiert werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Steuerung der Kraftübertragung auf die Achsen eines allradgetriebenen Kraftfahrzeuges, mit einer mit einem Querdifferential versehenen Hauptantriebsachse und einer über eine mit einem Stellglied kontinuierlich steuerbaren Längskupplung angetriebenen Zusatzantriebsachse, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorzugsweise mit einem Mikrorechner ausgerüstetes Steuergerät (16) Eingangssignale von einem Motordrehzahlmesser (19), einem Fahrpedal- (20) oder Drosselklappenwinkel- (21) und/oder Ladedruck-(22) und/oder Ladelufttemperatur- (23) und/oder Lenkwinkelgeber (24) und von einer Verstelleinheit (18) erhält sowie von Gebern (25 bis 28), die Eingangssignale entsprechend den Geschwindigkeiten der Räder (9 bis 12) an Haupt- (2) und Zusatzantriebsachse (3) abgeben, und eine Steuergröße (pl) zur Ansteuerung des Stellgliedes (14) der Längskupplung (7) in Abhängigkeit [pl = f\ (pl', r, pl")] (39) von wenigstens einem, über ein erstes Kennfeld (38) aus einem Betrag eins Zugkraftüberschusses (i4 Fl) bestimmten ersten Steuerwert {pl') erzeugt, wobei der Betrag des Zugkraftüberschusses (\Δ Fl) aus der Differenz (37) eines aus der augenblicklichen Fahrgeschwindigkeit (vf) über eine Fahrwiderstandskennlinie (40) bestimmten Fahrwiderstands (Fv) und einem aus einer Solleistung (Ps) und einer augenblicklichen Fahrgeschwindigkeit (vf) bestimmten Betrag der Sollzugkraft [Fzs = f₂ (Ps, v/)] (36) berechnet wird.

2. Anordnung zur Steuerung der Kraftübertragung auf die Achsen eines allradgetriebenen Kraftfahrzeugs, mit einer mit einem Querdifferential versehenen Hauptantriebsachse und einer über eine mit einem Stellglied kontinuierlich steuerbaren Längskupplung angetriebenen Zusatzantriebsachse, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorzugsweise mit einem Mikrorechner ausgerüstetes Steuergerät (16) Eingangssignale von einem Motordrehzahlmesser (19), einem Fahrpedal- (20) oder Drosselklappenwinkel-(21) und/oder Ladedruck- (22) und/oder Ladelufttemperatur (23) und/oder Lenkwinkelgeber (24) und von einer Verstelleinheit (18) erhält sowie von Gebern (25 bis 28), die Eingangssignale entsprechend den Geschwindigkeiten an Haupt- (2) und Zusatzantriebsachse (3) abgeben, und eine Steuergröße (pl) zur Ansteuerung des Stellglieds (14) der Längskupplung in Abhängigkeit [pl = f\ (pl', r, pl")] (39) von wenigstens einem zweiten Steuerwert (pl") erzeugt, der einer, mit einem ersten Faktor (k\) versehenen Potenz (44, 43) der Drehzahldifferenz (ΔηΙ) zwischen der Eingangs- und der Ausgangswel-Ie der Längskupplung (7) entspricht, wobei der erste Faktor (k]) über ein zweites Kennfeld (44) aus der Fahrgeschwindigkeit (vf) und/oder der Solleistung (Ps) und/oder dem Lcnkeinschlagsignal (&) bestimmt wird und der Faktor (k\) bei wachsenden Werten des Betrags der Fahrgeschwindigkeit (I v/l) und des Betrags der Solleistung (I Ps I) zunimmt und bei wachsenden Werten des Betrags des Lenkeinschlagsignals (I #i) abnimmt.

3. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abhängigkeit durch einen ersten funktionellen Zusammenhang [f\ (pl\ r, pl")] (39) gegeben ist, der in einer gewichteten Summe aus dem ersten Steuerwert (pV) und/oder dem zweiten Steuerwerl (pl") und/oder einer Steuergröße (r) von der Verstelleinheit (18) besteht.

4. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste funktionell Zusammenhang [/Ί (pl\ r, pl")] (39) in einer Maximalwertauswahl aus dem ersten Steuerwert (pV) und/oder dem zweiten Steuerwert (pl") und/oder einer Steuergröße (r) von der Verstelleinheit (18) besteht.

5. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste funktionelle Zusammenhang [/Ί (pl', r, pl")] (39) in einer zusätzlichen, übergeordneten Ausgabe wenigstens eines von der Verstelleinheit (18) ansteuerbaren Grundwerts oder eines Maximalwertes [voller Durchtrieb zur Zusatzantriebsachse (3)] besteht.

6. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1, 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ,die Bestimmung des Betrags der Sollzugkraft über einen zweiten funktionellen Zusammenhang If 2 (Ps, Vf)] (36) erfolgt, der für Fahrgeschwindigkeiten (vf), die dem Betrag nach größer als eine Geschwindigkeit (v/min) sind, in einer Division einer augenblicklichen Solleistung (Ps) durch eine augenblick-liche Fahrgeschwindigkeit (vf), und bei Fahrgeschwindigkeiten (vf), die dem Betrag nach [kleiner als eine Geschwindigkeit (vfmin) sind, in einer Division einer augenblicklichen Solleistung -(Ps) durch die Geschwindigkeit (vfmin) besteht, ■wobei in beiden Fällen der Ausgangswert des zweiten funktionellen Zusammenhangs [/2 (Ps, vf)\ (36) auf einen Maximalwert (Fzsmax) begrenzt ist.

7. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1, 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß -das erste Kennfeld (38) eine Kennlinie umfaßt, die als unabhängige Variable den Betrag des Zugkraftüberschusses (IΔ Fl) aufweist und bei einer unabhängigen Variablen nahe gleich Null einen, einem Grundwert entsprechenden ersten Steuerwert (pl'min), bei Ansteigen der unabhängigen Variablen einen zunächst ansteigenden und bei noch höheren unabhängigen Variablen einen, einem Maximalwert (pl'max) entsprechenden ersten Steuerwert (pl') als abhängige Variable aufweist.

8. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1, 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kennfeld (38) zusätzlich von der Verstelleinheit (18) beeinflußt wird und in Abhängigkeit von dieser Grundwert und/oder Steigung und/oder Maximalwert verändert werden.

9. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1, 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich das erste Kennfeld (38) aus Kennlinien zusammensetzt, deren unabhängige Variable der Betrag des Zugkraftüberschusses (14 Fl) und deren abhängige Variable der erste Steuerwert (/>/') ist und die entweder konstant oder linear ansteigend in der unabhängigen Variablen oder bei kleinen Werten der unabhängigen Variablen zunächst konstant entsprechend einem Grundwert (pl'min) der abhängigen Variablen und Tür höhere Werte ansteigend und für noch höhere Werte der unabhängigen Variablen wieder konstant entsprechend einem Maximalwert (pl'max) der abhängigen Variablen sind, und daß die Kennlinien abhängig von der Verstelleinhcil (18)

anwählbar bzw. in Form, Grundwert, Steigung, Maximalwert und Betrag veränderbar sind.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Maximalwert (pl'max) zu einer Ansteuerung der Längskupplung derart führt, daß die Zugkraft auf die Achsen entsprechend einem Verhältnis einer stationären Achslastverteilung aufgeteilt wird.

11. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Querdifferential (6) kontinuierlich in seiner Sperrwirkung steuerbar ist und das Steuergerät (16) eine Sperrmomentsteuergröße (mg) des Querdifferentials (6) so steuert, daß es einer mit einem zweiten Faktor (ki) versehenen Potenz (52, 50) einer Drehzahldifferenz (Anq) an den Ausgangswellen des Querdifferentials (6) entspricht.

12. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzantriebsachse (3) mit einem selbst^perrenden Differential ausgerüstet ist.

13. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzantriebsachse (3) ebenfalls mit einem kontinuierlich in seiner Sperrwirkung steuerbaren Differential (8) versehen ist und das Steuergerät (16) eine Sperrmomentsteuergröße (mqf) des Differentials (8) so steuert, daß es einer mit einem dritten Faktor (ky) versehenen Potenz (53, 51) einer Drehzahldifferenz (Anq) an den Ausgangswellen des Differentials (8) entspricht.

14. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Faktor (ki) über ein drittes Kennfeld (54) aus der Drehzahldifferenz (Δ nl) an der Längskupplung (7) und/oder der Fahrgeschwindigkeit (vf) und/ oder der Solleistung (Ps) und/oder dem Lenkeinschlagsignal (3) bestimmt wird und der Faktor (k₂) bei wachsenden Werten des Betrags der Drehzahldiflerenz(l4 n/l), des Betrags der Fahrgeschwindigkeit (I vf\) und des Betrags der Solleistung (I Pil) zunimmt und bei wachsenden Werten des Betrags des Lenkeinschlagsignals (\ö\) abnimmt.

15. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Faktor (ki) über eine viertes Kennfeld (55) aus der Drehzahldifferenz (I Δ nl I) an der Längskupplung und/oder der Fahrgeschwindigkeit (vf) und/oder der Solleistung (Ps) und/oder dem Lenkcinschlagsignal (ö) bestimmt wird und der Faktor (Äi) bei wachsenden Werten des Betrags der Drehzahldifferenz (\Δ nl I), des Betrags der Fahrgeschwindigkeit (\vf\) und des Betrags der Solleistung (I Pil) zunimmt und bei wachsenden Werten des Betrags des Lenkeinschlagsignals (13¹I) abnimmt.

16. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kennfeld (38) von einem von der Verstelleinheit sensorisch erfaßten Reibwert beeinflußt wird.

17. Anordnung nach wenigstens einem der A nsprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteileinheit (18) Steuergrößen (r) entsprechend solchen Einstellungen abgibt, die teils von einem Fahrer und teils nur von einem Wartungspersonal veränderbar sind.

18. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (16) bei einem Fahrzeug, das in an sich bekannter Weise mit einem Antiblockierbremssystem (ABS) ausgerüstet ist, von dessen Steuereinheit oder von einem Bremslichtschalter (30) bei einem Bremsvorgang ein Signal (-6) erhält und wenigstens das Stellglied (14) der Längskupplung (7) wenigstens soweit absteuert, daß das ABS einen auftretenden Bremsschlupf sicher erfassen und regelnd in die Dosierung der Bremskraft einwirken kann.

19. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (16) bei Auftreten eines Signals (-b) von einem Bremslichtschalter (30) oder einem Verzögerungsgeber das Stellglied (14) der Längskupplung (7) und/oder das Sperrmoment der Differentiale (6, 8) von Haupt- (2) und/oder Zusatzantriebsachse (3) voll aussteuert.

20. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Armaturenbrett des Kraftfahrzeuges ein Display (17) vorgesehen ist, auf dem ein aktueller Zustand der Anordnung dargestellt ist.

21. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (16) über ein Bussystem (29) mit anderen im Fahrzeug zu Steuerungs-, Meß- und Informationsverarbeitungszwecken eingesetzten Digitalrechnersystem kommuniziert.

22. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (16) zumindest teilweise in Hardwaretechnologie aufgebaut ist.

23. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (16) eine Selbsttestfunktion umfaßt, die die Anordnung ständig auf ihre Funktionstüchtigkeit überprüft und die Anordnung gegebenenfalls in einen Zustand überführt, der eine Fahrbarkeit des Fahrzeugs gewährleistet und Fehler gegebenenfalls auf dem Display anzeigt.

24. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung vom Fahrer über die Verstelleinheit (18) in einen definierten Zustand überführt werden kann.

25. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Steuergröße (pl) ein steuerbares Verteilergetriebe oder ein, mit einem Stellglied kontinuierlich in seiner Sperrwirkung steuerbares Zwischenachsdifferential angesteuert wird, über das in an sich bekannter Weise die Haupt- (2) und Zusatzantriebsachse (3) angetrieben wird.

26. Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrgeschwindigkeit (vf) aus einem Mittelwert der Geschwindigkeiten der Räder an der Zusatzantriebsachse ermittelt wird.