DE3528389A1 - Anordnung zur regelung des antriebsschlupfs eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Anordnung zur regelung des antriebsschlupfs eines kraftfahrzeugs

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Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung des Antriebsschlupfs eines über eine Kupplung von einer Brenn­ kraftmaschine angetriebenen Antriebsrads eines Kraft­ fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es ist bekannt, den Antriebsschlupf der Antriebsräder eines Kraftfahrzeugs dadurch zu regeln, daß mit ersten Drehzahlsensoren die Drehzahl der angetriebenen Räder und mit einem zweiten Drehzahlsensor die Drehzahl eines ge­ schleppten, d. h. nicht angetriebenen Rads, erfaßt wird. Die Bremsen der angetriebenen Räder sind mit Bremsdruck­ stellern versehen, die, von einer Steuerschaltung gesteu­ ert, die Antriebskraft jedes der Antriebsräder für sich durch Bremsen des Rads verringert. Um zu verhindern, daß die beiden über ein Differentialgetriebe miteinander gekuppelten Antriebsräder gleichzeitig gebremst werden, wenn beide Antriebsräder schlupfen, verringert die Steu­ erschaltung über eine Servodrosselklappe in dieser Be­ triebssituation die Motorleistung.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur Regelung des Antriebsschlupfs von Antriebsrädern eines Kraft­ fahrzeugs anzugeben, bei der es nicht erforderlich ist, das schlüpfende Antriebsrad zu bremsen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Im Rahmen der Erfindung wird das auf die Antriebsräder wirkende Antriebsdrehmoment für die Regelung des An­ triebsschlupfs dadurch vermindert, daß die im Kraftüber­ tragungsweg zwischen der Brennkraftmaschine und dem Getriebe angeordnete Kupplung über einen steuerbaren Antrieb so weit ausgerückt wird, daß ein vorbestimmter Antriebsschlupf von im zeitlichen Mittel vorzugsweise weniger als 5 %, beispielsweise 1 bis 2 %, nicht über­ schritten wird. Zur Steuerung der Kupplung wird eine Drehmoment-Stellanordnung verwendet, die die Kupplung in Ausrückrichtung mit einer vorbestimmten Stellgeschwindig­ keit verstellt, wenn die momentane Drehzahl bzw. Winkel­ geschwindigkeit des von dem ersten Drehzahlsensor über­ wachten Antriebsrads um einen vorbestimmten Differenzwert höher ist, als die momentane Drehzahl bzw. Winkelge­ schwindigkeit des von dem zweiten Drehzahlsensor über­ wachten geschleppten Rads. Die Kupplung wird in Einrück­ richtung gesteuert, wenn sich die Drehzahlen um weniger als den vorbestimmten Differenzwert unterscheiden.
Bei Kraftfahrzeugen mit paarweise über ein Differential­ getriebe angetriebenen Antriebsrädern müssen Vorkehrungen getroffen werden, um auch den Antriebsschlupf lediglich eines der beiden Antriebsräder regeln zu können. Hierzu ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein steuerbares Sperrdifferential vorgesehen, welches bei Antriebsschlupf lediglich eines der beiden Antriebsräder blockiert wird. Relativdrehungen der beiden über das Sperrdifferential­ getriebe miteinander gekuppelten Antriebsräder werden von einem dritten Drehzahlsensor bezogen auf das Drehzahl­ signal des ersten Drehzahlsensors erfaßt und zur Steue­ rung des Sperrdifferentialgetriebes ausgenutzt. In diesem Zusammenhang hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn der erste Drehzahlsensor die Eingangsdrehzahl des Sperrdiffe­ rentialgetriebes erfaßt und zugleich als Geber für den Fahrzeugtachometer ausgenutzt wird.
Das vorstehend erläuterte Sperrdifferentialgetriebe wird abhängig vom Vorliegen einer Antriebsschlupfbedingung aktiviert, um die Funktion des Differentialgetriebes bei Kurvenfahrten nicht unnötig zu beeinträchtigen. Das Sperrdifferentialgetriebe ist jedoch nicht erforderlich, wenn lediglich der Antriebsschlupf während der Fahrt korrigiert werden soll, beispielsweise um die Schleuder­ neigung des Kraftfahrzeugs bei einseitig durchdrehenden Antriebsrädern, beispielsweise bei Aquaplaning oder Eisglätte, durch Minderung der Gesamtantriebsleistung des Kraftfahrzeugs zu verringern. Die Minderung des auf die Antriebsräder wirkenden Antriebsdrehmoment durch teilwei­ ses Ausrücken der Kupplung erhöht die thermische Bela­ stung der Kupplung. Um eine Überlastung der Kupplung zu verhindern, wird in einer bevorzugten Ausführungsform bei Auftreten von Antriebsschlupfbedingungen zusätzlich die Motorleistung abhängig von der Motordrehzahl begrenzt. Der Drehzahlgrenzwert wird seinerseits abhängig von den Fahrbedingungen gewählt. Beim Anfahren wird zweckmäßiger­ weise die Motorleistung so geregelt, daß sie die Dreh­ zahl, bei der die Brennkraftmaschine 80% ihres maximalen Drehmoments erzeugt, nicht überschritten wird. Während der Fahrt wird die Motordrehzahl durch Regeln der Motor­ leistung so begrenzt, daß unter den Ausrückbedingungen der Schlupfregelung die Synchrondrehzahl der Kupplung, d. h. die momentane Drehzahl der Eingangswelle des Schaltgetriebes, nicht überschritten wird. Vorzugsweise wird die Motordrehzahl auf den Wert der Synchrondrehzahl geregelt.
Eine weitere bevorzugte Maßnahme zur Überlastungssicherung der Kupplung besteht darin, daß man die Zeitdauer, inner­ halb der die Kupplung zur Antriebsschlupfregelung teilwei­ se ausrückt, auf eine maximale Zeitspanne begrenzt und nach Ablauf der maximalen Zeitspanne die Kupplung auch bei Vorliegen von Antriebsschlupfbedingungen zwangsweise einrückt.
Die erfindungsgemäße Antriebsschlupfregelung eignet sich insbesondere für Kraftfahrzeuge mit automatisch gesteuer­ ter Reibungskupplung, bei welchen die Kupplung ohnehin über einen steuerbaren Servoantrieb ein- und ausgerückt wird. Bei dem Servoantrieb handelt es sich zweckmäßiger­ weise um einen Positions-Servoantrieb mit geschlossener Regelschleife, bei welcher die Ausrückerposition durch ein von der automatischen Kupplungsbetätigungsvorrichtung abgegebenes Positions-Sollwertsignal gesteuert wird. Diesem Positions-Sollwertsignal kann dann ein Korrektur­ signal zur Regelung des Antriebsschlupfs überlagert werden.
Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeich­ nung zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Anord­ nung zur Regelung des Antriebsschlupfs eines Kraftfahr­ zeugs.
Das Kraftfahrzeug weist eine Brennkraftmaschine 1 auf, die über eine Reibungskupplung 3 mit einem mehrgängigen Schaltgetriebe, hier einem mittels eines Schalthebels 5 manuell zu schaltenden Schaltgetriebe 7, verbunden ist. Das Schaltgetriebe 7 treibt über ein steuerbares Sperr­ differentialgetriebe 9 ein Paar von Antriebsrädern 11. Eines der nicht angetriebenen, d. h. geschleppten Räder des Kraftfahrzeugs ist bei 13 dargestellt. Die Reibungs­ kupplung 3 wird von einem Positions-Servoantrieb 15 ein- und ausgerückt, der einen Ausrücker 17 der Reibungs­ kupplung 3 auf eine durch ein Positions-Sollwertsignal festgelegte Position einstellen kann. Das Positions-Soll­ wertsignal wird dem Positions-Servoantrieb 15 über eine Summationsstufe 19 aus einer Kupplungssteuerung 21 zuge­ führt, die die Kupplungsposition abhängig von Betriebs­ parametern des Fahrzeugs, beispielsweise der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1, der Stellung eines nicht näher dargestellten Gaspedals, der Stellung des Schalthebels 5 oder auch der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs steuert. Eine geeignete Kupplungssteuerung ist beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift 30 28 250 beschrieben. Bei der Berührung des Schalthebels 5 und dem Loslassen des Gaspedals rückt die Kupplungssteuerung 21 die Rei­ bungskupplung 3 aus, so daß der Gang gewechselt werden kann. Bei der nachfolgenden Betätigung des Gaspedals wird die Kupplung abhängig von der Motordrehzahl oder aber zeitabhängig wieder eingerückt.
Um den Antriebsschlupf der Antriebsräder 11 regeln zu können, erfaßt ein erster Drehzahlsensor 23, bei dem es sich um den Geber des Fahrzeugtachometers handeln kann, die Ausgangsdrehzahl des Schaltgetriebes 7. Ein zweiter Drehzahlsensor 25 erfaßt die Drehzahl des geschleppten Rads 13. Eine Substraktionsstufe 27 bildet ein Diffe­ renzsignal der von den Drehzahlsensoren 23, 25 erzeugten Drehzahlsignale, welches ein Maß für die momentane Diffe­ renz der Drehzahl des geschleppten Rads 13 und der Aus­ gangsdrehzahl des Schaltgetriebes 7 ist. Eine Steuerung 29 überlagert in der Summationsstufe 19 dem Positions- Sollwertsignal der Kupplungssteuerung 21 ein Korrektur­ signal, welches die Reibungskupplung 3 ausgehend von der durch das Positions-Sollwertsignal der Kupplungssteuerung 21 bestimmten Ausrückerposition so weit ausrückt, daß der Antriebsschlupf der Antriebsräder 11 verhindert wird. Die Steuerung 29 ist Bestandteil eines geschlossenen Regel­ kreises, der das Differenzsignal der Subtraktionsstufe 27 mit einem vorbestimmten Schlupfwert von vorzugsweise 1 bis 2 % der vom Drehzahlsensor 23 erfaßten Drehzahl ver­ gleicht. Übersteigt der Schlupf diesen Wert, so wird die Reibungskupplung 3 in Ausrückrichtung gesteuert; wird der vorbestimmte Wert unterschritten, so wird die Reibungs­ kupplung 3 in Einrückrichtung verstellt.
Die Reibungskupplung 3 mindert die über das Sperrdiffe­ rentialgetriebe 9 auf die Antriebsräder 11 wirkende Antriebsdrehmoment bis auf einen Wert, bei welchem die durch den Schlupf eines der beiden Antriebsräder 11 bewirkte Erhöhung der Ausgangsdrehzahl des Schaltge­ triebes 7 eliminiert ist. Auf diese Weise kann im Fahr­ betrieb Antriebsschlupf, wie er beispielsweise auftritt, wenn lediglich eines der beiden Antriebsräder zum Bei­ spiel bei Eisglätte oder nasser Fahrbahn auftritt, ver­ hindert werden.
Beim Anfahren auf Eis und Schnee oder dergleichen kann der Fall eintreten, daß eines der beiden Antriebsräder 11 durchdreht, während das andere Antriebsrad aufgrund der Bodenbeschaffenheit stillsteht. Zwei den beiden Antriebs­ rädern 11 zugeordnete Drehzahlsensoren 31 erfassen diese Betriebssituation und blockieren über eine Steuerstufe 33 das steuerbare Sperrdifferentialgetriebe 9. Die Steuer­ stufe 33 kann zusätzlich über das eine Antriebsschlupfbe­ dingung repräsentierende Differenzsignal der Subtrak­ tionsstufe 27 zum Blockieren des Sperrdifferential­ getriebes 9 aktivierbar sein. Wenn die Antriebs­ schlupfregelung lediglich im Fahrbetrieb wirksam sein soll, erübrigt sich ein Sperrdifferential, so daß ein herkömmliches, nicht sperrbares Differentialgetriebe zum Antrieb der Antriebsräder 11 verwendet werden kann.
Die Antriebsschlupfregelschaltung sorgt für einen Über­ lastungsschutz der Reibungskupplung 3. Eine Motor­ leistung-Regelschaltung 35 erfaßt mittels eines Drehzahl­ sensors 37 die Motordrehzahl der Brennkraftmaschine 1 und regelt die Motorleistung beispielsweise über die Zündung, vorzugsweise jedoch einen Leistungssteller, wie zum Bei­ spiel eine Drosselklappe 39, die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine so, daß ein vorbestimmter Drehzahlwert der Motordrehzahl nicht überschritten wird. Der vorbe­ stimmte Drehzahlwert wird abhängig von der Betriebs­ situation des Fahrzeugs vorgegeben. Hierzu ist an den die Ausgangsdrehzahl des Schaltgetriebes 7 erfassenden Dreh­ zahlsensor 23 eine Komparatorstufe 41 angeschlossen, die bei Drehzahlen, die im wesentlichen dem Fahrzeugstill­ stand entsprechen, an einem Ausgang 43 ein erstes Steuer­ signal erzeugt, und bei Drehzahlen, die im wesentlichen im Fahrbetrieb auftreten, an einem Ausgang 45 ein zweites Steuersignal erzeugt. Das bei Fahrzeugstillstand auftre­ tende Steuersignal am Ausgang 43 wird beim Anfahren des Fahrzeugs erzeugt und gibt einen Sollwertgeber 47 frei, der die Regelschaltung 35 so steuert, daß die Motordreh­ zahl einen konstanten Drehzahlwert n max nicht überschrei­ tet. Der Drehzahlwert n max liegt in einem Drehzahlbe­ reich, bei welchem die Brennkraftmaschine 1 75% bis 85 %, vorzugsweise etwa 80%, des maximalen Motordrehmoments erreicht. In Fahrbetriebssituationen ist der Sollwert­ geber 47 unwirksam, und der vorbestimmte Drehzahlwert, auf den die Regelschaltung 35 die Motordrehzahl begrenzt, wird durch einen vom Steuersignal des Ausgangs 45 akti­ vierbaren Sollwertgeber 49 festgelegt. Der Sollwertgeber 49 umfaßt eine Rechenschaltung, die aus dem Drehzahl­ signal des Drehzahlsensors 23 und einem Steuersignal eines die Stellung des Schalthebels 5 erfassenden Gebers 50 ein der Eingangsdrehzahl des Schaltgetriebes 7 ent­ sprechendes Sollwertsignal errechnet. Die Eingangsdreh­ zahl des Schaltgetriebes 7 ist im Fahrbetrieb gleich der Synchrondrehzahl der Reibungskupplung 3, d. h. derjenigen Drehzahl, mit der die Brennkraftmaschine 1 arbeiten muß, um Drehzahldifferenzen an der ausgerückten Reibungskupplung 3 zu vermeiden. Vorzugsweise wird im Fahrbetrieb die Motordrehzahl beim Auftreten von Antriebs­ schlupfbedingungen auf der Synchrondrehzahl konstant gehalten.
Als weitere Maßnahme zum Überlastungsschutz der Reibungs­ kupplung 3 ist eine Zeitstufe 51 vorgesehen, die bei­ spielsweise von dem das Auftreten der Antriebsschlupfbe­ dingung repräsentierenden Differenzsignal der Subtrak­ tionsstufe 27 getriggert wird und die Steuerung 29 nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne unwirksam schaltet. Die vorbestimmte Zeitspanne ist so bemessen, daß inner­ halb dieser Zeitspanne keine Überhitzungsschäden der schlüpfenden, teilweise ausgerückten Reibungskupplung 3 auftreten können.
Die Steuerung 29 ist ferner über eine Steuerstufe 53 ein­ und ausschaltbar, d. h. wahlweise aktivierbar. Bei der Steuerstufe 53 kann es sich um einen, beispielsweise am Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs vorgesehenen Schalter handeln. Die Steuerstufe 53 kann jedoch die Antriebs­ schlupfregelung auch abhängig von anderen Parametern, beispielsweise abhängig von der Außentemperatur über ein Eiswarngerät oder abhängig von der Gaspedalstellung, automatisch wirksam schalten.
Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wird das Auftre­ ten der Antriebsschlupfbedingung abhängig von der Aus­ gangsdrehzahl des Schaltgetriebes 7 ermittelt. Anstelle des Drehzahlsensors 23 kann jedoch auch einer der beiden oder gegebenenfalls beide Drehzahlsensoren 31 mit der Subtraktionsstufe 27 und/oder der Steuerung 29 verbunden werden.

Claims (11)

1. Anordnung zur Regelung des Antriebsschlupfs eines von einer Brennkraftmaschine (1) über ein Schaltgetriebe (7) und eine im Drehmomentweg zwischen der Brennkraft­ maschine (1) und dem Schaltgetriebe (7) angeordnete Reibungskupplung (3) angetriebenen Antriebsrads (11) eines Kraftfahrzeugs,
mit einem ersten Drehzahlsensor (23), der ein der Drehzahl des Antriebsrads (11) oder der Ausgangsdreh­ zahl des Schaltgetriebes (7) entsprechendes erstes Drehzahlsignal erzeugt,
mit einem zweiten Drehzahlsensor (25), der ein der Drehzahl eines geschleppten Rads (13) des Kraftfahr­ zeugs entsprechendes zweites Drehzahlsignal erzeugt und
mit einer auf die beiden Drehzahlsignale ansprechenden Drehmoment-Stellanordnung (27, 29), die das Antriebs­ drehmoment des Antriebsrads (11) mindert, wenn das erste Drehzahlsignal eine höhere Drehzahl repräsen­ tiert als das zweite Drehzahlsignal,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (3) über einen steuerbaren Antrieb (15) ein- und ausrückbar ist und daß die Drehmoment-Stell­ anordnung (27, 29) den Antrieb (15) der Kupplung (3) in Ausrückrichtung steuert, wenn das erste Drehzahl­ signal eine um wenigstens einen vorbestimmten Differenzwert höhere Drehzahl repräsentiert als das zweite Drehzahlsignal und in Einrückrichtung steuert, wenn sich die durch das erste und das zweite Drehzahl­ signal repräsentierten Drehzahlen um weniger als den vorbestimmten Differenzwert unterscheiden.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzwert weniger als 5%, vorzugsweise etwa 1 bis 2 %, der durch das erste Drehzahlsignal repräsen­ tierten Drehzahl beträgt.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Kraftfahrzeug paarweise über ein steuer­ bares Sperrdifferentialgetriebe (9) angetriebene An­ triebsräder (11) aufweist, daß wenigstens ein dritter Drehzahlsensor (31) vorgesehen ist, der, bezogen auf den ersten Drehzahlsensor (23), eine Relativdrehung der Antriebsräder (11) des Antriebsräderpaars erfaßt und daß eine bei Auftreten des vom ersten und zweiten Drehzahlsensor (23, 25) erfaßten Antriebsschlupfs aktivierbare Steuerschaltung (33) das Sperrdifferen­ tialgetriebe (9) bei Auftreten der Relativdrehung des Antriebsräderpaars blockiert.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Drehzahlsensor (23) die Eingangsdrehzahl des Sperrdifferentialgetriebes (9) erfaßt.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Motor-Drehzahlsensor (37) ein der Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) entsprechendes Motor-Drehzahlsignal erzeugt,
daß eine auf das Motor-Drehzahlsignal ansprechende Leistungsbegrenzungsanordnung (35, 39) die Leistung der Brennkraftmaschine (1) während der Regelung des Antriebsschlupfs derart steuert,
daß die Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) einen vor­ bestimmten Drehzahlwert nicht überschreitet,
und daß eine auf wenigstens eines der Drehzahlsignale und/oder ein die Gangstellung des Schaltgetriebes (7) repräsentierendes Steuersignal ansprechende Steuer­ schaltung (41, 47, 49) die Größe des vorbestimmten Drehzahlwerts beim Anfahren des Kraftfahrzeugs auf einen konstanten ersten Drehzahlwert und beim Schalten des Schaltgetriebes (7) während der Fahrt auf einen im wesentlichen der Eingangsdrehzahl des Schaltgetriebes (7) entsprechend sich ändernden zweiten Drehzahlwert einstellt.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Drehzahlwert in einem Drehzahlbereich liegt, bei welchem die Brennkraftmaschine (1) zwischen 75% und 85% ihres maximalen Drehmoments abgibt.
7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Steuerschaltung (41, 47, 49) auf das zweite Drehzahlsignal anspricht und bei im wesentlichen dem Fahrzeugstillstand entsprechenden Werten des ersten Drehzahlsignals den ersten Drehzahlwert und ansonsten den zweiten Drehzahlwert einstellt.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (41, 47, 49) eine Rechenschaltung (49) umfaßt, die Eingangsdrehzahl des Schaltgetriebes (7) abhängig von dem zweiten Drehzahlsignal und dem die Gangstellung des Schaltgetriebes (7) repräsentierenden Steuersignal errechnet.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmoment-Stellanordnung (27, 29) eine Zeitbegrenzungseinrichtung (51) aufweist, die die maximale Zeitspanne, in der die Kupplung (3) zur Rege­ lung des Antriebsschlupfs ausrückbar ist, begrenzt und den Antrieb (15) der Kupplung (3) nach Überschreiten der maximalen Zeitspanne in Einrückrichtung steuert.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmoment-Stellanordnung (27, 29) mittels einer Steuerstufe (53) wirksam bzw. unwirk­ sam schaltbar ist.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Kupplung (3) als Positions-Servoantrieb (15) mit geschlossener Regel­ schleife ausgebildet ist, daß eine automatische Kupplungssteuerung (21) beim Anfahren und Wechseln der Gänge des Schaltgetriebes (7) Positions-Sollwertsignale an den Positions-Servoantrieb (15) abgibt, die die Kupplung (3) vollständig ausrücken bzw. einrücken und daß die Drehmoment-Stellanordnung (27, 29) dem Positions-Sollwertsignal ein den Antriebs­ schlupf regelndes Korrektursignal überlagert.
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