DE3528389C2 - Anordnung zur Regelung des Antriebsschlupfs eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung des Antriebsschlupfes eines über eine Kupplung von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Antriebsrades eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Es ist bekannt, den Antriebsschlupf der Antriebsräder eines Kraftfahrzeugs da­ durch zu regeln, daß mit ersten Drehzahlsensoren die Drehzahl der angetriebenen Räder und mit einem zweiten Drehzahlsensor die Drehzahl eines geschleppten, das heißt nicht angetriebenen Rades, erfaßt wird (ATZ 87 (1985) 2; integrierter Forschungsvolkswagen IRVW3). Die Bremsen der angetriebenen Räder sind mit Bremsdruckstellern versehen, die, von einer Steuerschaltung gesteuert, die An­ triebskraft jedes der Antriebsräder für sich durch Bremsen des Rades verringert. Um zu verhindern, daß die beiden über ein Differentialgetriebe miteinander ge­ kuppelten Antriebsräder gleichzeitig gebremst werden, wenn beide Antriebsräder schlupfen, verringert die Steuerschaltung über eine Servo-Drosselklappe in dieser Betriebssituation die Motorleistung.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur Regelung des Antriebsschlup­ fes von Antriebsrädern eines Kraftfahrzeugs anzugeben, bei der es nicht erforder­ lich ist, das schlüpfende Antriebsrad zu bremsen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Im Rahmen der Erfindung wird das auf die Antriebsräder wirkende Antriebs­ drehmoment für die Regelung des Antriebsschlupfes dadurch vermindert, daß die im Kraftübertragungsweg zwischen der Brennkraftmaschine und dem Getriebe angeordnete Kupplung über einen steuerbaren Antrieb soweit ausgerückt wird, daß ein vorbestimmter Antriebsschlupf von in zeitlichen Mittel vorzugsweise weniger als 5%, beispielsweise 1-2%, nicht überschritten wird. Zur Steuerung der Kupplung wird eine Drehmoment-Stellanordnung verwendet, die die Kupplung in Ausrückrichtung mit einer vorbestimmten Stellgeschwindigkeit verstellt, wenn die momentane Drehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit des von dem ersten Dreh­ zahlsensor überwachten Antriebsrads um einen vorbestimmten Differenzwert hö­ her ist als die momentane Drehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit des von dem zweiten Drehzahlsensor überwachten geschleppten Rades. Die Kupplung wird in Einrückrichtung gesteuert, wenn sich die Drehzahl um weniger als dem vorbe­ stimmten Differenzwert unterscheidet. Dabei eignet sich die erfindungsgemäße Antriebsschlupfregelung insbesondere für Kraftfahrzeuge mit automatisch ge­ steuerter Reibungskupplung, bei welchen die Kupplung ohnehin über einen steu­ erbaren Servoantrieb ein- und ausgerückt wird. Bei dem Servoantrieb handelt es sich zweckmäßigerweise um einen Positions-Servoantrieb mit geschlossener Re­ gelschleife, bei welcher die Ausrückerposition durch ein von der automatischen Kupplungsbetätigungsvorrichtung abgegebenes Positions-Sollwert-Signal gesteu­ ert wird. Diesem Position-Sollwert-Signal kann dann ein Korrektursignal zur Rege­ lung des Antriebsschlupf überlagert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Pa­ tentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei Kraftfahrzeugen mit paarweise über ein Differentialgetriebe angetriebenen Antriebsrädern müssen Vorkehrungen getroffen werden, um auch den Antriebs­ schlupf 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. Relativdrehungen der beiden über das Sperrdifferentialgetriebe miteinander ge­ kuppelten Antriebsräder werden von einem dritten Drehzahlsensor, bezogen auf das Drehzahlsignal des ersten Drehzahlsensors, erfaßt und zur Steuerung des Sperrdifferentialgetriebes ausgenutzt. In diesem Zusammenhang hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn der erste Drehzahlsensor die Eingangsdrehzahl des Sperrdifferentialgetriebes erfaßt und zugleich als Geber für den Fahrzeugtacho­ meter ausgenutzt wird.

Das vorstehend erläuterte Sperrdifferentialgetriebe wird abhängig vom Vorliegen einer Antriebsschlupfbedingung aktiviert, um die Funktion des Differentialgetriebe 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 Schleuderneigung des Kraft­ fahrzeuges bei einseitig durchdrehenden Antriebsrädern, beispielsweise bei Aquaplaning oder Eisglätte, durch Minderung der Gesamtantriebsleitung des Kraftfahrzeuges zu verringern. Die Minderung des auf die Antriebsräder wirken­ den Antriebsdrehmoment durch teilweises Ausrücken der Kupplung erhöht die thermische Belastung der Kupplung. Um eine Überlastung der Kupplung zu ver­ hindern, wird in einer bevorzugten Ausführungsform bei Auftreten von Antriebs­ schlupfbedingungen zusätzlich die Motorleistung abhängig von der Motordrehzahl begrenzt. Der Drehzahlgrenzwert wird seinerseits abhängig von den Fahrbedin­ gungen gewählt. Beim Anfahren wird zweckmäßigerweise die Motorleistung so geregelt, daß sie die Drehzahl, bei der die Brennkraftmaschine 80% ihres maxi­ malen Drehmoments erzeugt, nicht überschritten wird. Während der Fahrt wird die Motordrehzahl durch Regeln der Motorleistung so begrenzt, daß unter den Ausrückbedingungen der Schlupfregelung die Synchrondrehzahl der Kupplung, das heißt die momentane Drehzahl der Eingangswelle des Schaltgetriebes, nicht überschritten wird. Vorzugsweise wird die Motordrehzahl auf den Wert der Syn­ chrondrehzahl geregelt.

Eine weitere bevorzugte Maßnahme zur Überlastungssicheurng der Kupplung be­ steht darin, daß man die Zeitdauer, innerhalb der die Kupplung zur Antriebs­ schlupfregelung teilweise ausrückt, auf eine maximale Zeitspanne begrenzt und nach Ablauf der maximalen Zeitspanne die Kupplung auch bei Vorliegen von An­ triebsschlupfbedingungen 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 (10)

1. Anordnung zur Regelung des Antriebsschlupfes eines von einer Brennkraftmaschine über ein Schaltgetriebe und eine im Drehmomentweg zwischen der Brennkraftmaschine und dem Schaltgetriebe angeordnete Reibungskupplung angetriebenen Antriebsrades eines Kraftfahrzeuges, mit einem ersten Drehzahlsensor, der ein der Drehzahl des Antriebsrades oder der Ausgangsdrehzahl des Schaltgetriebes entspre­ chendes erstes Drehsignal erzeugt, mit einem zweiten Drehzahlsensor, der ein der Drehzahl eines geschleppten Rades des Kraftfahrzeuges entsprechendes zweites Dreh­ zahlsignal erzeugt und mit einer auf die beiden Dreh­ zahlsignale ansprechenden Drehmomentstellanordnung, die das Antriebsdrehmoment des Antriebsrades mindert, wenn das erste Drehzahlsignal eine höhere Drehzahl repräsen­ tiert als das zweite Drehzahlsignal, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kupplung (3) über einen Positions- Servoantrieb (15) mit geschlossener Regelschleife ein- und ausrückbar ist und die Drehmomentstellanord­ nung (27, 29) den Antrieb (15) der Kupplung (3) in Aus­ rückrichtung steuert, wenn das erste Drehzahlsignal 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 Drehzahlsignal repräsentierenden Dreh­ zahlen um weniger als den vorbestimmten Differenzwert unterscheiden, wobei eine automatische Kupplungssteue­ rung (21) beim Anfahren und Wechseln der Gänge des Schaltgetriebes (7) Positions-Sollwert-Signale an den Positions-Servoantrieb (15) abgibt, die die Kupplung (3) vollständig ausrücken bzw. einrücken und die Drehmoment­ stellanordnung (27, 29) dem Positions-Sollwert-Signal ein den Antriebsschlupf regelndes Korrektursignal überlagert.

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.