DE3702352C2

DE3702352C2 -

Info

Publication number: DE3702352C2
Application number: DE3702352A
Authority: DE
Inventors: Kenichi Hiroshima Jp Watanabe
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1986-01-30
Filing date: 1987-01-27
Publication date: 1989-02-09
Also published as: US4762213A; JPH0698902B2; DE3702352A1; JPS62175225A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Bei gattungsgemäßen Anordnungen zum Regeln der Kraftübertragung eines vierradgetriebenen Kraftfahrzeuges mit Verteilergetriebe (DE-OS 34 27 725) wird während des Schlupfbetriebes in der Reibungskupplung Wärme erzeugt, die zwangsläufig zu einem Anstieg der Temperatur führt. Wenn die Temperatur einen vorbestimmten Wert übersteigt, werden zumindest auf die Dauer die gegeneinander schlupfenden Kupplungsglieder durch Überhitzung beschädigt oder gar zerstört.

Außerdem ist eine Viskosekupplung bekannt (US-PS 37 60 922), bei der eine Steuerung der Wärmeerzeugung durch sie selber nicht möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Anordnung zum Regeln der Kraftübertragung eines vierradgetriebenen Kraftfahrzeuges mit Verteilergetriebe der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, bei der die Gefahr für eine Überhitzung ausgeschaltet ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen in Verbindung mit den Gattungsmerkmalen des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht einer Anordnung zur Kraftübertragung bei einem Fahrzeug, bei welcher die Erfindung eingesetzt ist;

Fig. 2 eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 3 ein Diagramm, in welchem die Beziehungen zwischen der Drehzahldifferenz zwischen Eingang und Abgang und dem übertragenen Drehmoment dargestellt sind; und

Fig. 4 ein Flußdiagramm, welches den Steuervorgang bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform veranschaulicht.

In der Zeichnung, insbesondere Fig. 1, ist ein Antriebssystem für ein über vier Räder angetriebenes Fahrzeug bzw. ein Vierradantrieb für Fahrzeuge gezeigt, mit welchem sich die Erfindung befaßt.

Das System umfaßt eine Antriebsquelle bzw. ein Triebwerk 10, welches ein Verbrennungsmotor oder ein Transmissionsgetriebe, welches die Abgangsleistung des Motors überträgt, sein kann. Das Triebwerk 10 weist eine Abgangswelle 12 auf, die ein Antriebszahnrad 13 a einer Übertragungs-Getriebeeinrichtung 13 trägt. Das Zahnrad 13 a kämmt mit einem angetriebenen Zahnrad 13 b des Übertragungsgetriebes 13. Das angetriebene Zahnrad 13 b ist an einer vorderen Antriebswelle 14 vorgesehen, die über eine Achsgetriebeeinheit 17 wie einer vorderen Differentialgetriebeeinheit mit den Vorderrädern 18 verbunden ist.

Die Abgangswelle 12 des Triebwerks 10 ist weiterhin über eine Drehmomentenübertragungseinrichtung, wie einer variablen hydraulischen Kupplung 15 mit einer hinteren Antriebswelle 16 verbunden. Die hintere Antriebswelle 16 ist durch eine Achsgetriebeeinheit, wie einer hinteren Differentialgetriebeeinheit 19 mit den Hinterrädern 20 verbunden. Ersichtlich ist somit ein erster Drehmomentübertragungspfad durch das Triebwerk 10, die Abgangswelle 12, die Übertragungsgetriebeeinrichtung 13, die vordere Antriebswelle 14, die vordere Differentialgetriebeeinheit 17 und die Vorderräder 18 vorgesehen. Ein zweiter Drehmomentenübertragungspfad ist von dem Triebwerk 10, der Abgangswelle 12, der variablen Kupplung 15, der hinteren Antriebswelle 16, der hinteren Differentialgetriebeeinheit 19 und den Hinterrädern 20 vorgesehen.

Die variable Kupplung 15 ist von dem Typ, bei welchem die Drehmomentenübertragungskapazität bzw. das übertragene Drehmoment durch Steuern des hydraulischen Druckes eingestellt werden kann, der an die Kupplung 15 angelegt wird. Nach Fig. 2 umfaßt die variable Kupplung 15 ein Gehäuse 15 a, welches mit der Abgangswelle 12 des Triebwerkes 10 integral ausgebildet ist und eine Kupplungskammer 15 b in dem Gehäuse 15 a bildet. Das Gehäuse 15 a ist mit einer Vielzahl von Reibungsscheiben 15 c vorgesehen, die in die Kupplungskammer 15 b vorstehen. Die hintere Antriebswelle 16 trägt eine Vielzahl von Reibungsscheiben 15 d, die zwischen die Reibungsscheiben 15 c am Gehäuse 15 a eingesetzt sind bzw. eingreifen. Die Reibungsscheiben 15 c sind am Gehäuse 15 a axial beweglich getragen und ein Kolben 15 e ist in dem Gehäuse 15 a vorgesehen, der die Reibungsscheiben 15 c am Gehäuse 15 a in Reibungseingriff mit den Reibungsscheiben 15 d an der rückwärtigen Antriebswelle 16 drückt.

Hinter dem Kolben 15 e ist eine Hydraulikkammer 15 f definiert bzw. eingegrenzt, die über eine Steuerventil 23 mit einer Hydraulikpumpe 22 verbunden ist. Die Hydraulikpumpe 22 saugt Hydraulikflüssigkeit aus einem Hydraulikölbehälter 21 und fördert das Hydrauliköl unter Druck zum Steuerventil 23. Das Steuerventil 23 dient dazu, den Hydraulikdruck einzustellen, der an die Hydraulikkammer 15 f in der variablen Kupplung 15 angelegt wird. Ersichtlich kann die Schlupfrate bzw. der Schlupf zwischen den Reibungsscheiben 15 c und 15 d durch Änderung des Hydraulikdruckes eingestellt werden, der an die Hydraulik 15 f angelegt wird.

Um das Ventil 23 derart zu steuern, daß der Hydraulikdruck zur Kammer 15 f richtig gesteuert wird, ist eine Steuereinheit 24 vorgesehen. Die Steuereinheit 24 ist mit einem Fahrzeug- Geschwindigkeitsdetektor 25 einem Fahrzeug-Lenkwinkel- Detektor 26, einem Geschwindigkeitsdifferenzdetektor 27 und einem Detektor 28, der die Stellung des Motor-Gaspedals überwacht, verbunden, um von diesen Signale zu empfangen. Der Fahrzeug-Geschwindigkeitsdetektor 25 überwacht die Fahrzeuggeschwindigkeit, beispielsweise in Werten der Drehzahl der Abgangswelle 12 des Triebwerkes 10 und erzeugt ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal Sv, welches die Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentiert. Der Lenkwinkeldetektor 26 überwacht den Fahrzeuglenkwinkel und erzeugt ein Lenkwinkelsignal Sa. Der Geschwindigkeitsdifferenzdetektor 27 bzw. Drehzahldifferenzdetektor 27 überwacht die Drehzahldifferenz zwischen den Wellen 12 und 16 und erzeugt ein Drehzahldifferenzsignal Sdn. Der Detektor 28 zur Überwachung der Stellung des Motor-Gaspedals bzw. -Beschleunigungspedals überwacht, ob sich das Motor-Beschleunigungspedal in der Stellung für einen minimalen Ausgang befindet, und erzeugt ein Beschleunigungs- Aus-Signal bzw. Signal Soff, welches anzeigt, daß die Beschleunigung ausgeschaltet ist. Der Drehzahldifferenzdetektor 27 kann durch einen Drehzahldetektor für die hintere Antriebswelle ersetzt werden, welcher die Drehzahl der hinteren Antriebswelle 16 überwacht. Die Drehzahldifferenz kann dann in der Steuereinheit 24 aus dem Geschwindigkeitssignal Sv und dem Drehzahlsignal für die hintere Antriebswelle berechnet werden.

Die Steuereinheit 24 umfaßt eine Karte bzw. einen Plan, welcher die Werte für den Steuerstrom i in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Fahrzeug-Steuerwinkel und der Drehzahldifferenz zwischen den Wellen 12 und 16 bestimmt. Die Steuereinheit 24 dient dazu, den Steuerstrom i auf Grundlage der Eingangssignale Sv, Sdn und Sa zu berechnen und legt den Steuerstrom i an das Steuerventil 23 an.

Das Steuerventil 23 ist von dem Typ, welcher einen Hydraulikdruck erzeugt, der proportional zum Steuerstrom i ist. Infolgedessen wird der an die Hydraulikkammer 15 f angelegte Hydraulikdruck durch den Steuerstrom i gesteuert. Die Kupplung 15 ist von dem Typ, bei welchem die Drehmomentenübertragungskapazität bzw. das übertragene Drehmoment proportional bestimmt wird durch den an der Hydraulikkammer 15 f angelegten Hydraulikdruck. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Vierrad-Antriebssystem für Fahrzeuge bestimmt die Drehmomentenübertragungskapazität der Kupplung 15 das Verhältnis der Drehmomentenaufteilung zwischen der vorderen Antriebswelle 14 und der hinteren Antriebswelle 16 und das Drehmoment in der Abgangswelle 12 des Triebwerkes 10 wird zur hinteren Antriebswelle 16 mit einem Anteil übertragen, der der Übertragungskapazität der Kupplung 15 entspricht.

Bei der beschriebenen Ausführungsform wird der Steuerstrom i in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz zwischen den Wellen 12 und 16 bestimmt, so daß das Verhältnis zwischen dem durch die Kupplung 15 übertragenen Drehmoment T und der Drehzahldifferenz dn so aussieht, wie es durch die durchgezogene Linie T = f(dn) in Fig. 3 angegeben ist. Gemäß der Erfindung wird die Drehmomentenübertragung durch die Kupplung 15 in Abhängigkeit von dem Zustand der Wärmeerzeugung in der Kupplung 15 gesteuert. Bei dieser Ausführungsform wird von der Annahme ausgegangen, daß die Menge der in der Kupplung 15 erzeugten Wärme proportional zu dem Produkt aus der Drehzahldifferenz und dem durch die Kupplung 15 übertragenen Drehmoment ist. Mit anderen Worten kann die Menge der Wärmeerzeugung P durch die Gleichung P = K(dn) (T) dargestellt werden. In Fig. 3 ist die Sicherheitsgrenze für die Wärmeerzeugung durch eine Linie P ₁ gezeigt und der Bereich (I), welcher sich unter der Linie P ₁ befindet, zeigt den Sicherheitsbereich. Die zulässige Grenze der Wärmeerzeugung ist durch eine Linie P ₂ gezeigt. Der Bereich (II), der sich zwischen den Linien P ₁ und P ₂ befindet, repräsentiert den Bereich, in welchem der Betrieb innerhalb einer begrenzten Zeitdauer fortgesetzt werden kann. Der Bereich (III), der sich über der Linie P ₂ befindet, repräsentiert den Gefährdungsbereich.

Im Betrieb wird der Steuerstrom i in Abhängigkeit von den Eingangssignalen Sv, Sdn und Sa vorgesehen, wie es vorstehend beschrieben worden ist, und das Steuerventil 23 wird durch den Steuerstrom i gesteuert. Somit wird der Hydraulikdruck zur Kupplung 15 gesteuert und das durch die Kupplung 15 übertragene Drehmoment derart eingestellt, daß die Beziehung zwischen dem Drehmoment und der Drehzahldifferenz geändert wird, wie es durch die Linie T = f(dn) gezeigt ist. Wenn die Betriebsbedingung in den Bereich (II) übergeht, wie es durch den Punkt A gezeigt ist, wird eine Zeitdauer t gezählt, innerhalb welcher der Betrieb im Bereich (II) fortgesetzt wird. Wenn die Zeit t einen vorbestimmten Wert t 1 übersteigt, wird der Steuerstrom i angehoben, so daß der Druck zur Kupplung 15 entsprechend erhöht wird, um die Kupplung 15 direkt zu verbinden bzw. durchzuschalten. Als Folge dessen wird die Welle 12 direkt mit der Welle 16 verbunden. Obgleich das durch die Kupplung übertragene Drehmoment erhöht wird, wie es durch eine Linie Tr 1 in Fig. 3 gezeigt ist, wird die Betriebsbedingung in den Sicherheitsbereich (I) zurückverschoben und der Betrieb wird beim Punkt B fortgesetzt. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Druck zur Kupplung 15 entspannt werden kann, wenn die Zeitdauer t den vorbestimmten Wert t 1 überschreitet, so daß die Kupplung 15 gelöst und die Drehmomentenübertragung unterbrochen wird, wie es durch eine Linie Tr 3 gezeigt ist. Der Betriebszustand in diesem Fall ist durch den Punkt E gezeigt. Wenn der Betriebszustand zu einem Punkt C geht, wo die Linie T = f(dn) die Linie P 2 kreuzt, dann wird der Hydraulikdruck zur Kupplung 15 entspannt und die Drehmomentenübertragung durch die Kupplung 15 unterbrochen, wie es durch eine Linie Tr 2 gezeigt ist. Die Betriebsbedingung in diesem Fall ist durch einen Punkt D gezeigt. Alternativ kann die Kupplung 15 direkt mit der Welle verbunden bzw. durchgeschaltet werden, um die Betriebsbedingung zum Punkt B zu verschieben, wie es durch eine Linie Tr 4 gezeigt ist.

Bei der in Fig. 3 veranschaulichten Steuerung kann das durch die Kupplung 15 übertragene Drehmoment in Bezug auf die Drehzahldifferenz gemäß der Kurve T = f(dn) bestimmt werden. Infolgedessen ist es möglich, den Zustand der Wärmeüberzeugung in Einheiten der Drehzahldifferenz dn oder des Schlupfverhältnisses bzw. Schlupfes der Kupplung 15 darzustellen. In Fig. 3 zeigt die Drehzahldifferenz dn 1 die obere Grenze der Sicherheitszone (I), während die Drehzahldifferenz dn 2 die obere Grenze des Bereiches (II) oder die zulässige Grenze der Wärmeerzeugung zeigt.

In Fig. 4 ist ein Flußdiagramm für den Betrieb der Steuereinheit 24 angegeben, die von einem Mikroprozessor gebildet werden kann. Wenn die Steuereinheit 24 eingeschaltet wird, werden die Eingangssignale Sv, Sa, Sdn und Soff in dem Schritt ST 1 eingelesen und in dem Schritt ST 2 wird eine Entscheidung herbeigeführt, ob das Signal Soff für ausgeschaltete Beschleunigung erzeugt worden ist. Wenn kein Signal Soff vorhanden ist, wird entschieden, daß das Beschleunigungspedal betätigt ist und der Motor eine Ausgangsleistung erzeugt, um die Räder 18 und 20 anzutreiben, und der Schritt ST 3 wird ausgeführt. Im Schritt ST 3 wird die Position des Kennzeichens bzw. der Fahne 2 gelesen. Wenn festgestellt wird, daß sich die Fahne 2 nicht in der "1"-Position befindet, wird im Schritt ST 4 festgestellt, ob die tatsächliche Drehzahldifferenz dn nicht kleiner als die Drehzahldifferenz dn 2 ist. Wenn das Ergebnis der Überprüfung darin besteht, daß die tatsächliche Drehzahldifferenz dn kleiner als die Drehzahldifferenz dn 2 ist, wird die Position der Fahne 1 im Schritt ST 5 gelesen. Wenn festgestellt wird, daß die Fahne 1 sich nicht in der Position "1" befindet, wird der Steuerstrom i im Schritt ST 7 festgelegt, so daß das Verhältnis zwischen der Drehzahldifferenz dn und dem durch die Kupplung 15 übertragenen Drehmoment T in Abhängigkeit von der Funktion T = f(dn), wie in Fig. 3 gezeigt, hergestellt wird. Beispielsweise wird der Steuerstrom i auf einen Wert bestimmt, so daß das Drehmoment Tr 5 durch die durch die Kupplung 15 übertragen wird, um die Drehzahldifferenz dn 3 festzulegen.

Wenn im Schritt ST 6 festgestellt wird, daß die tatsächliche Drehzahldifferenz dn größer als der Wert dn 1 ist, wird die Zahl im Taktgeber t im Schritt ST 8 gelesen. Wenn die Taktgeberzahl nicht größer als der Wert t 1 ist, wird der Wert Eins zu der Taktgeberzahl im Schritt ST 9 addiert und dann wird der Schritt ST 7 ausgeführt. Wenn die Taktgeberzahl größer als der Wert t 1 ist, wird die Fahne 1 in die Position "1" im Schritt ST 10 gesetzt und der Steuerstrom i im Schritt ST 11 erhöht, so daß die direkte Verbindung bzw. Durchschaltung der Kupplung 15 herbeigeführt wird. Wenn im Schritt ST 5 festgestellt wird, daß sich die Fahne 1 in der Position "1" befindet, wird der Schritt ST 11 ausgeführt, um die direkte Verbindung bzw. Durchschaltung in der Kupplung 15 herzustellen. Durch direktes Verbinden bzw. Durchschalten der Kupplung 15 ist es möglich, ein Überhitzen zu vermeiden, während der Vierradantrieb aufrechterhalten wird. Wenn die Kupplung 15 direkt verbunden bzw. durchgeschaltet ist, steigt die Wärmeerzeugung zeitweilig an, wie es durch die Linie Tr 1 in Fig. 3 gezeigt ist, jedoch kann ein Überhitzen in diesem Betriebsbereich vermieden werden.

Wenn im Schritt ST 4 festgestellt wird, daß die tatsächliche Drehzahldifferenz dn größer als der Wert dn 2 ist, wird die Fahne 2 in die Stellung "1" im Schritt ST 12 gesetzt und der Steuerstrom i wird im Schritt ST 13 vermindert, um dadurch die Kupplung 15 zu lösen. Wenn festgestellt wird, daß sich die Fahne 2 bereits in der Position "1" befindet, und zwar im Schritt ST 3, dann wird der Schritt ST 13 ausgeführt, um die Kupplung 15 zu lösen. Durch unmittelbares Lösen der Kupplung 15 ist es möglich, die Wärmeerzeugung zu vermindern, wie es durch die Linie Tr 2 in Fig. 3 gezeigt ist, ohne irgendeinen zeitweiligen Anstieg der Wärmeerzeugung.

Wenn im Schritt ST 2 festgestellt wird, daß das Signal Soff erzeugt wird, wird festgestellt, daß sich die Motor-Drosselklappe in der minimalen Öffnungsstellung befindet, so daß keine Antriebskraft vom Motor zu den Rädern 18 und 20 weitergeleitet wird. Dann verläuft der Vorgang vom Schritt ST 2 zum Schritt ST 14, in welchem die Fahnen 1 und 2 in die Positionen "0" gesetzt werden. Danach wird der Taktgeber im Schritt ST 15 auf "0" gestellt und der Schritt ST 7 wird dann ausgeführt.

Ersichtlich ist es durch den Steuervorgang, wie er anhand von Fig. 4 beschrieben worden ist, möglich, das Drehmoment zu bestimmen, welches durch die Kupplung 15 übertragen wird, so daß die Schlupfrate bzw. der Schlupf in der Kupplung 15 geändert wird, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, solange die Drehzahldifferenz kleiner als der Wert dn 1 ist. Wenn die Drehzahldifferenz sich zwischen den Werten dn 1 und dn 2 befindet, wird die Zeitdauer des Betriebs in diesem Betriebsbereich gezählt und, wenn die Taktgeberzahl den Wert t 1 übersteigt, wird die Kupplung 15 durchgeschaltet, um ein Überhitzen der Kupplung 15 zu vermeiden. Wenn die Drehzahldifferenz dn den Wert dn 2 übersteigt, wird die Kupplung 15 unmittelbar gelöst.

Claims

1. Anordnung zum Regeln der Kraftübertragung eines vierradgetriebenen Kraftfahrzeuges mit Verteilergetriebe (13), über das die Räder (18) einer ersten Achse unmittelbar und die Räder (20) einer zweiten Achse durch eine in ihrer Vorspannkraft stufenlos steuerbare Reibungskupplung (15) angetrieben werden mit Sensoren (25-28) zur Erfassung vorgewählter Funktionswerte im Fahrzeugantrieb und mit einer Steuereinrichtung (24), die eine Prozessorkarte umfaßt, welche in Abhängigkeit von den erfaßten Funktionswerten (S) Werte für eine Steuergröße (i) festlegt, die die Größe der Vorspannkraft und dadurch die Drehzahldifferenz (dn) zwischen Antriebswelle (12) und Abtriebswelle (16) der Reibungskupplung (15) und die Größe des übertragenen Drehmomentes (T) bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (24) eine Einrichtung umfaßt, die eine zur Wärmeerzeugung in der Reibungskupplung (15) proportionale Größe (P = K(dn) (T)) erzeugt, daß die Karte einen Arbeitsbereich (I, II), innerhalb dessen die Vorspannkraft veränderbar ist, mit zulässiger Wärmeerzeugung festlegt und daß die Steuereinrichtung (24) bei Überschreiten (A) des Arbeitsbereiches (I, II) die Vorspannkraft auf einen anderen Wert (0 oder dn2) festlegt, bei dem die Wärmeerzeugung unterdrückt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsbereich (I, II) in zwei Unterbereiche (I + II) unterteilt ist und daß die Steuereinrichtung (24) auch beim Betrieb im zweiten Teilbereich (II) eine vorbestimmte Zeitdauer (tl) nach Überschreiten des ersten Teilbereiches (I) die Vorspannkraft auf den anderen Wert (0 oder dn2) festlegt.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Wert für die Vorspannkraft so gewählt ist, daß das übertragene Drehmoment im wesentlichen auf Null zurückgeht.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Wert für die Vorspannkraft so gewählt ist, daß der Schlupf im wesentlichen auf Null zurückgeht.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Reibungskupplung (15) ein Hydraulikkolben (15 e) vorgesehen ist, der deren Vorspannkraft herbeiführt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikkolben (15 e) von einer Ventileinrichtung (23) gesteuert wird, die von der Steuereinrichtung (24) angesteuert wird.

7. Anordnung nach den Ansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (24) eine Einrichtung umfaßt, die für die Unterbrechung der Drehmomentenübertragung den Hydraulikdruck zum Hydraulikkolben (15 e) entspannt.

8. Anordnung nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (24) eine Einrichtung umfaßt, die für das Aufheben des Schlupfes den Hydraulikdruck zum Hydraulikkolben (15 e) auf einen maximalen Wert anhebt.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Achse die Hinterachse ist.

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (24) einen Detektor (27) zur Überwachung der Wärmeerzeugung in der Reibungskupplung (15) in Form der Differenz (dn) zwischen deren Eingangsdrehzahl und deren Ausgangsdrehzahl und des von ihr (15) übertragenen Drehmomentes (T) umfaßt.