DE3448466C2 - Vorrichtung zur Steuerung der Leistungsübertragung bei einem vierradgetriebenen Fahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der Leistungsübertragung bei einem vierradgetriebenen Fahrzeug.

Aus der DE 26 35 821 A1 ist ein Fahrzeug mit drei antreibba­ ren Achsen und einem nicht antreibbaren Paar von Lenkrädern bekannt. Bei diesem Nutzfahrzeug wird, abhängig von der Ge­ schwindigkeit, bei hohen Geschwindigkeiten von Dreiachs- auf Zweiachsantrieb umgeschaltet, um Energie zu sparen.

Bei niedrigen Geschwindigkeiten wird in jedem Fall auf Drei­ achsantrieb umgeschaltet, so daß dann, wenn man bei einer solchen niedrigen Geschwindigkeit durch eine enge Kurve fährt, der Dreiachsantrieb bestehen bleibt, was bekanntlich zu großem Schlupf führt. Durchfährt man bei hohen Geschwin­ digkeiten eine enge Kurve, so wird mit Zweiachsantrieb gefah­ ren.

Aus der DE 32 27 870 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der der Lenkwinkel die wesentliche Rolle bei der Betätigung der Kupplung zwischen Haupt- und Hilfsantriebsrädern spielt. Ab­ hängig vom Lenkwinkel wird die Kupplung gelöst, so daß bei engen Lenkwinkeln auf Zweiradantrieb umgeschaltet wird. Im übrigen wird die Umschaltung zwischen Zweirad- und Vierrad­ antrieb über einen Schalter vorgenommen, der manuell zu be­ tätigen ist. Diese bekannte Anordnung ist jedoch nur für gute Straßenverhältnisse verwendbar, da bei niedrigen Geschwin­ digkeiten und engen Kurven ein Durchdrehen der (zwei) An­ triebsräder auftreten kann. Andererseits bleibt u. U. bei ho­ hen Geschwindigkeiten und ausreichenden Straßenverhältnissen der Vierradantrieb eingeschaltet, was Energie kostet.

Aus der US 4 298 085 ist eine Vorrichtung bekannt, bei wel­ cher die Kupplung zwischen Vorder- und Hinterachse unabhängig vom Lenkwinkel bei niedrigen Geschwindigkeiten oder bei einer hohen Drehzahldifferenz auf Vierradbetrieb umschaltet. Dies führt zu einem verschlechterten Fahrverhalten bei guten Stra­ ßenverhältnissen.

Aus der DE 33 45.470 C2 ist eine Vorrichtung zur Steuerung der Leistungsübertragung bei einem vierradgetriebenen Fahr­ zeug bekannt, mit einer motorgetriebenen Antriebsachse und mit einer an diese ankuppelbare Hilfsantriebsachse, mit einem Sensor zur Erfassung des Steuerwinkels, mit einer Steuerein­ richtung zum Vergleichen des Steuerwinkels mit einer Steuer­ winkelschwelle und zum Vergleichen der Fahrzeuggeschwindig­ keit mit einer Geschwindigkeitsschwelle sowie zum Erzeugen eines Kupplungssignals, und mit einer Einrichtung zum Aus­ rücken der Kupplung in Abhängigkeit des Kupplungssignals, wobei die Steuereinrichtung das Kupplungssignal zum Entkup­ peln der Hauptantriebsachse von der Hilfsantriebsachse dann erzeugt, wenn die Geschwindigkeitsschwelle unterschritten und die Steuerwinkelschwelle überschritten werden. Etwaige Dreh­ zahlunterschiede zwischen der Vorder- und der Hinterachse fließen nicht mit in die Entscheidung ein, ob das Fahrzeug im Vierradbetrieb oder im Zweiradbetrieb gefahren wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Steuerung der Leistungsübertragung bei einem vierradge­ triebenen Fahrzeug aufzuzeigen, durch die das Fahrverhalten des Fahrzeugs unabhängig vom Straßenzustand verbessert wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach dem Patent­ anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Dadurch, daß der Kraftschluß zwischen der Vorderachse und der Hinterachse bzw. zwischen Haupt- und Hilfsantriebsachse Priorität hat und gleichzeitig die Kupplung durch bestimmte Steuerwinkel- und Geschwindigkeitswerte gesteuert wird, ergibt sich eine selbsttätige Anpassung des Fahrver­ haltens an die Straßenbeschaffenheit, wodurch zum einen das Fahrverhalten verbessert, zum anderen der Energiever­ brauch vermindert wird.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfin­ dung anhand der Abbildungen näher beschrieben. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines automatischen Getriebes, bei dem die Regelanordnung der Er­ findung angewendet ist;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer elektrischen Schal­ tung in der Anordnung der Erfindung; und

Fig. 3 ein Flußdiagramm.

Gemäß Fig. 1 steht eine Kurbelwelle 1 eines (nicht darge­ stellten) Verbrennungsmotors, der im vorderen Teil eines Fahrzeuges angebracht ist, in Wirkungsverbindung mit einem Drehmomentwandler 2 eines automatischen Getriebes A.

Das automatische Getriebe A enthält den Drehmomentwandler 2, eine automatische Getriebevorrichtung 4 und eine Endunter­ setzungsvorrichtung 14 für die Vorderräder.

Der Drehmomentwandler 2 enthält ein Pumpenrad 2a und eine Turbine 2b. Das Pumpenrad 2a ist mit der Motorkurbelwelle 1 verbunden. Eine Turbinenwelle 3 erstreckt sich von der Turbine 2b zu der automatischen Getriebevorrichtung 4.

Die automatische Getriebevorrichtung 4 enthält ein Planeten­ zahnrad 5, Kupplungen 6 und 7 zum wahlweisen übertragen der Ausgangsleistung der Turbinenwelle 3 auf das Planetenzahnrad 5, eine Einwegkupplung 8, eine Bremse 9 und ein Bremsband 10 zum wahlweisen Sperren von Elementen des Planetenzahnrads 5.

Die Ausgangsleistung der automatischen Getriebevorrichtung wird auf eine Ausgangswelle 11 übertragen, auf der ein Antriebszahn­ rad 12 fest angebracht ist, das in Eingriff mit einem Abtriebs­ zahnrad 13 ist. Das Abtriebszahnrad 13 ist fest an einer Welle 16 angebracht, an deren einem Ende ein Antriebsritzel 17 gebildet ist. Das Antriebsritzel 17 greift in ein Kronenzahnrad 15 der Enduntersetzungsvorrichtung 14 für die Vorderräder ein. Das andere Ende der Welle 16 ist mit einer Übertragungs­ antriebswelle 18 verbunden, die sich nach hinten erstreckt und mit einem ersten Übertragungszahnrad 20 einer Übertragungsvor­ richtung 19 verbunden ist. Das erste Übertragungszahnrad 20 greift in ein zweites Übertragungszahnrad 21 ein. Das zweite Übertragungszahnrad 21 ist drehbar auf einer hinteren Antriebs­ welle 23 angebracht. Eine durch Drucköl betätigte Reibungs­ kupplung 22 des Mehrscheibentyps ist an der Hinterantriebswelle 23 angebracht, um das Zahnrad 21 mit der Welle 23 in Eingriff zu bringen. Die Hinterantriebswelle 23 steht des weiteren in Wirkungsverbindung mit einer Enduntersetzungsvorrichtung 25 für die Hinterräder über eine Kardanwelle 24.

Eine Druckkammer 22a der Kupplung 22 steht in Verbindung mit einer Ölpumpe 26 über einen Kanal 28, ein elektromagnet­ betätigtes Umschaltventil 27 und einen Kanal 28a. Das Umschalt­ ventil 27 hat eine Einlaßmündung 29, die mit der Ölpumpe 26 verbunden ist, eine Auslaßmündung 30, die mit der Druckkammer 22a verbunden ist, und eine Abflußmündung 31.

Ein Schieber 34 steht in Wirkungsverbindung mit einem Elektro­ magneten 32 und wird durch eine Feder 33 nach rechts vorge­ spannt. Wenn der Elektromagnet 32 entregt wird, wird der Schieber 34 durch die Feder 33 gedrückt, um die Einlaßmündung 29 zu schließen und die Auslaßmundung 30 mit der Abflußmündung 31 zu verbinden, siehe Fig. 1. Durch Entspannen der Druck­ kammer 22a rückt die Kupplung 22 aus. Wenn der Elektromagnet 32 erregt wird, wird der Schieber 34 nach links geschoben, um die Abflußmündung 31 zu schließen und die Druckkammer 22a mit der Ölpumpe 26 über den Kanal 28, die Mündungen 30 und 29 und den Kanal 28a zu verbinden. Die Kupplung 22 rückt somit ein, wodurch das Zahnrad 21 mit der Welle 23 verbunden wird, um die Vierradantriebsleistungsübertragungsanordnung aufzubauen.

Bei der Regelanordnung der Erfindung ist ein Vorderraddrehzahl­ fühler 35 vorgesehen, um die Drehzahl des Zahnrads 21, die pro­ portional der Drehzahl der Vorderräder ist, und auch die Fahr­ zeuggeschwindigkeit abzutasten. Ein Hinterraddrehzahlfühler 37 ist vorgesehen, um die Drehzahl eines Zahnrads 36 abzutasten, das an der hinteren Antriebswelle 23 angebracht ist.

Gemäß Fig. 2 ist die Anordnung des weiteren mit einem Steuer­ winkelfühler 38, der ein elektrisches Signal proportional zum Steuerwinkel des Fahrzeugs erzeugt, und mit einem Beschleuni­ gungsschalter 39 versehen, der geschlossen wird, wenn das Gas­ pedal des Fahrzeugs niedergedrückt wird.

Die Ausgangssignale der Fühler und Schalter werden einem Mikrocomputer 41 über ein Eingangsinterface 40 zugeführt. Der Mikro­ computer 41 enthält einen ROM 42, in dem verschiedene Daten als eine Tabellenkarte und Programme gespeichert sind, einen RAM 43 zum Speichern von Eingangssignalen usw., eine zentrale Verar­ beitungseinheit (CPU) 44 zum Verarbeiten von Eingangssignalen entsprechend den Programmen und zum Erzeugen eines Ausgangs­ signals über ein Ausgangsinterface 45 und eine Treiberstufe 46. Das Ausgangssignal ward an den Elektromagneten 32 für dessen Erregung angelegt.

Unter üblichen Fahrzuständen wird der Elektromagnet 32 erregt, um den Vierradantrieb herzustellen. Wenn der Steuerwinkel einen vorbestimmten Wert (eine Umdrehung der Steuerwelle) bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit (unter 10 km/h) übersteigt, wird der Elektromagnet entregt, so daß der Vierradantrieb in den Zweiradantrieb geschaltet wird, um das Engeckenbremsen zu verhindern. Zwischen den Schaltzuständen für den Vierradantrieb und den Zweiradantrieb ist eine Hysterese vorhanden. Der Zweiradantrieb, verursacht durch einen großen Steuerwinkel bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit, wird nämlich in den Vierradantrieb geschaltet, wenn der Steuerwinkel niedriger als ein anderer vorbestimmter Wert (1/4 Umdrehung der Steuerwelle) bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit (unter 20 km/h) wird. Wenn die Differenz zwischen den Drehzahlen der Vorder- und Hinterräder größer als ein vorbestimmter Wert ist, was bedeutet, daß die Vorder- oder Hinterräder rutschen, wird der Zweiradantrieb auch in den Vierradantrieb geschaltet, um das Rutschen zu verhindern. Wenn des weiteren der Beschleunigungs­ schalter 39 über eine vorbestimmte Zeitdauer (über 10 s) bei hoher Geschwindigkeit (über 30 km/h) geschlossen ist, wird der Vierradantrieb in den Zweiradantrieb geschaltet, da der Vierradantrieb nicht notwendig ist.

Der Regelvorgang wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Anfänglich wird festgestellt, ob das Fahrzeug durch die Vierradantriebsanordnung (4WD) angetrieben wird. Wenn der Vierradantrieb durch die Raddrehzahldifferenz (Rutschen) verursacht ist, wird der Vierradantrieb nicht in den Zweirad­ antrieb (2WD) geschaltet, auch wenn Zustände für den Zweirad­ antrieb auftreten. Der Vierradantrieb wird nämlich aufrecht­ erhalten, bis das Fahrzeug anhält. Wenn der Vierradantrieb durch andere Zustände als Rutschen verursacht wird, wird fest­ gestellt, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit höher als 30 km/h ist, ob die Geschwindigkeit höher als 10 km/h ist, und des weiteren, ob der Steuerwinkel kleiner als eine Umdrehung ist. Wenn diese Zustände nicht festgestellt werden, wird ein 2WD-Zeichen gesetzt (dies bedeutet, daß das 2WD-Zeichen 1 ist). Dann wird eine Normaldifferenz α zwischen den Drehzahlen der Vorder- und Hinterräder von einer Karte in Abhängigkeit von dem Steuer­ winkel und der Fahrzeuggeschwindigkeit ausgelesen. Des weiteren wird festgestellt, ob die tatsächliche Fahrzeugdrehzahl­ differenz |NF - NR| (worin NF die Vorderachsdrehzahl und NR die Hinterachsdrehzahl sind) kleiner als die Normaldifferenz α ist. Zusätzlich werden die Fahrzeuggeschwindigkeit und der Steuerwinkel festgestellt und der Vierradantrieb oder Zweirad­ antrieb entschieden.

Aus der vorangehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Erfindung eine Regelanordnung schafft, die den Vierradantrieb in den Zweiradantrieb in Abhängigkeit von der Fahrzeugge­ schwindigkeit, dem Steuerwinkel und der Differenz zwischen der Vorderachsdrehzahl und der Hinterachsdrehzahl schaltet, wodurch das Engeckenbremsen wirksam verhindert werden kann und der Brennstoffverbrauch verbessert wird.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Steuerung der Leistungsübertragung bei einem vierradgetriebenen Fahrzeug mit einer motorge­ triebenen Antriebsachse und mit einer an diese ankup­ pelbaren Hilfsantriebsachse, mit einem Sensor (38) zur Erfassung des Steuerwinkels, mit Sensoren (35, 37) zum Feststellen der Drehzahl der Vorderräder sowie der Drehzahl der Hinterräder mit einer Steuereinrichtung (41) zum Vergleichen des Steuerwinkels mit einer Steu­ erwinkelschwelle, zum Ermitteln der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und Vergleichen der Geschwindigkeit mit einer Geschwindigkeitsschwelle, zum Ermitteln von Dreh­ zahlunterschieden zwischen der Hauptantriebsachse und der Hilfsantriebsachse und zum Vergleichen der Dreh­ zahlunterschiede mit einer Drehzahldifferenzschwelle sowie zum Erzeugen eines Kupplungssignals, und mit ei­ ner Einrichtung (32) zum Ausrücken der Kupplung in Ab­ hängigkeit des Kupplungssignals, wobei die Steuerein­ richtung (41) das Kupplungssignal zum Entkuppeln der Hauptantriebsachse von der Hilfsantriebsachse dann er­ zeugt, wenn die Geschwindigkeitsschwelle und die Dif­ ferenzschwelle unterschritten und die Steuerwinkel­ schwelle überschritten werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (41) derart ausgebildet ist, daß der Steuerwinkelwert in Abhängigkeit von der Ge­ schwindigkeit des Fahrzeugs derartig bestimmt wird, daß bei hohen Geschwindigkeiten bereits ein niedrige­ rer Steuerwinkel zum Entkuppeln führt als bei niedri­ gen Geschwindigkeiten.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (41) derart ausgebildet ist, daß bei Überschreiten der Drehzahldifferenzschwelle die Hilfsantriebsachse in jedem Fall an die Hauptan­ triebsachse gekuppelt wird.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (41) derart ausgebildet ist, daß die Beschleunigung des Fahrzeugs bestimmt wird und die Hilfsantriebsachse von der Hauptantriebsachse dann entkuppelt wird, wenn eine weitere höhere Geschwindig­ keitsschwelle überschritten wird und danach die Be­ schleunigung eine definierte Zeitdauer anhält.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (41) derart ausgebildet ist, daß nach einem Kuppeln von Hauptantriebsachse und Hilfsantriebsachse aufgrund eines Überschreitens der Drehzahldifferenzschwelle dieser Zustand des Vierrad­ antriebs so lange aufrechterhalten bleibt, bis das Fahrzeug anhält.