DE3721629A1 - Kraftfahrzeug mit allradantrieb und antischlupfeinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit Allradantrieb und eine Antischlupfeinrichtung, die vor­ gesehen ist, um das Auftreten von Schlupf zu erfassen und zwei unterschiedliche Beschleunigungen miteinander zu vergleichen sowie den Grad des Eingriffs einer Vorderrad- und Hinterrad-Eingriffseinrichtung auf der Grundlage des Ergebnisses dieses Vergleiches zu steuern.

Im allgemeinen ist für den Antrieb von Kraftfahrzeugen der Frontantrieb dem Hinterradantrieb in bezug auf das Fahrverhalten bei Geradeausfahrt überlegen, bei Kurven­ fahrten tritt jedoch beim Frontantrieb das Problem auf, daß es verhältnismäßig schwierig ist, dem Fahrzeug eine stabile Kurvenfahrt zu verleihen, da die erforderliche Kraft den Reifen über das Lenkrad vermittelt werden muß, so daß die Reifen daran gehindert werden, in ihre Nor­ malstellung zurückzukehren, die sie während der Gerade­ ausfahrt einnehmen. Andererseits ermöglicht es der Hin­ teradantrieb, das Fahrzeug verhältnismäßig leicht durch Kurven zu steuern , er ist jedoch insofern nachteilig als eine übermäßig große Antriebskraft das Fahrzeug ver­ anlassen kann, eine stärkere Kurvenfahrt auszuführen, als dies gewünscht ist. Entsprechend besteht eine ideale Lösung vom Standpunkt der antriebsseitigen Auslegung und Betrieb des Fahrzeuges darin, die Vorder- und Hinter­ räder gleichmäßig mit im wesentlichen gleichen Kräften anzutreiben und Kraftfahrzeuge mit Vierradantrieb (All­ radantrieb) sind von diesem Standpunkt aus auch be­ trächtlich besser als Fahrzeuge mit Vorderradantrieb oder Hinterradantrieb.

Bei Kurvenfahrten bewegen sich die rechten und linken Räder des Fahrzeuges entlang unterschiedlicher Kurven­ radien. Um diese Differenz auszugleichen und hierdurch eine glatte Kurvenfahrt zu gewährleisten, sind Kraft­ fahrzeuge im allgemeinen mit Getriebemechanismen ver­ sehen, die vorgesehen sind, um die Drehzahldifferenzen zwischen den rechten und linken Rändern entsprechend dem unterschiedlichen Kurvenradius auszugleichen, d.h. es sind Ausgleichsgetriebe (vorderes und hinteres Differen­ tial) vorgesehen. Diese Differenz bezüglich des Kurven­ radius tritt auch zwischen den Vorder- und Hinterrädern auf. Es ist daher ein Kraftfahrzeug mit Allradantrieb vorgeschlagen worden, das mit einer Einrichtung versehen ist, die die Drehzahldifferenz zwischen den Vorder- und Hinterrändern entsprechend der Differenz im Kurvenradius ausgleicht, d.h. es ist ein Zentralausgleichsgetriebe Bei dem Zentralausgleichsgetriebe tritt jedoch die fol­ gende Schwierigkeit auf. Da das Differential so ausge­ legt ist, daß es das Drehmoment gleichmäßig auf die Vorder- und Hinterräder verteilt, wird der Grenzwert der Kraftübertragung auf diejenige der Antriebskräfte, die auf die Vorder- und Hinterräder wirken, abgestellt, die den niedrigeren Wert hat. Wenn z.B. eines der Vorder­ räder rutscht, wird hierüber Antriebsenergie abgeleitet, so daß die Antriebskraft für die Hinterräder äußerst klein wird. Aus diesem Grund sind allradgetriebene Kraftfahrzeuge mit einem zentralen Ausgleichsgetriebe in bezug auf die Übertragung der Antriebsleistung einem Kraftfahrzeug mit Allradantrieb ohne zentralem Ausgleichsgetriebe dann unterlegen, wenn z.B. das Fahr­ zeug sich auf einem Straßenbelag mit verhältnismäßig kleinem Reibungskoeffizienten bewegt. Entsprechend kann es dann, wenn eine verhältnismäßig große Antriebs­ leistung, z.B. während der Beschleunigung, erzeugt wird, unmöglich sein, diese Antriebsleistung ausreichend auf die Fahrbahn zu übertragen, mit dem Ergebnis, daß die Vorder- oder Hinterräder in nachteiliger Weise rutschen.

Um das Auftreten einer solch nachteiligen Erscheinung zu verhindern wurden bisher Kraftfahrzeuge mit Allradan­ trieb und einem zentralen Ausgleichsgetriebe mit einer Verriegelungseinrichtung versehen, die geeignet ist, die Differential-Begrenzungseinrichtungen für die Vorder- und Hinterräder ohne Einschaltung des zentralen Aus­ gleichsgetriebes direkt miteinander zu kuppeln, so daß, wenn eine verhältnismäßig große Antriebsleitung erfor­ derlich ist, z.B. wenn das Fahrzeug beschleunigt wird oder sich auf einer unebenen Straße bewegt, das zentrale Differential manuell blockiert wird, während, wenn sich das Fahrzeug in einem normalen Bewegungszustand, in dem kein besonders großes Antriebsdrehmoment erforderlich ist, bewegt, das zentrale Differential manuell unverrie­ gelt und wirksam ist.

Fig. 7 zeigt eine Kraftübertragungseinrichtung (Getrie­ be), das bei einem ständig allradgetriebenen Kraftfahr­ zeug verwendet wird, mit einem zentralen Ausgleichsge­ triebe, wobei dieses Fahrzeug einen Frontmotor besitzt. Bei dieser Kraftübertragung wird die Antriebsleistung vom Motor zu einem Drehmomentenwandler 41, einem Haupt­ getriebe 42, einem Hilfsgetriebe 43, die innerhalb eines automatischen Getriebes 40 angeordnet sind, übertragen und das Ausgangsmoment vom Hilfsgetriebe 43 wird auf ein Antriebsgetriebe 44 und anschließend durch das Antriebs­ getriebe 44 auf eine Vorderrad-Antriebswelle 46 übertra­ gen, so daß die Vorderräder angetrieben werden. Das Frontausgleichsgetriebe 45, das in diesem Getriebezug vorgesehen ist, ist ein Ausgleichsgetriebe, das zwischen dem rechten und linken Vorderrad wirkt. Andererseits ist eine Kardanwelle 47 zum Antrieb der Hinterräder durch ein Kegelrad 48 mit einem Zentraldifferential 49 gekup­ pelt, das vorgesehen ist, um zwischen den Vorder- und Hin­ terrädern zu wirken und das mit einer Kraftübertragung bzw. einem Getriebe 30 für die Hinterräder gekuppelt ist.

Außerdem ist parallel zum Zentraldifferential 49 eine Kupplung 38 zur Verriegelung bzw. Blockierung des Zen­ traldifferentials 49 vorgesehen. Folglich wird die Ver­ riegelung des Zentraldifferentials 49 durch Steuerung des Eingriffszustandes der Kupplung 38 mit Hilfe eines Öl-Hydraulikkreises (Drucksteuerspule) 39 gesteuert.

Die vorerläuterte Kraftübertragungseinrichtung wird unter Bezugnahme auf Fig. 8 im einzelnen erläutert. Die Rotation der Kurbelwelle des Motors wird durch einen Zahnkranz 51 auf ein Frontdifferenztialgehäuse 52 über­ tragen, nachdem die Drehzahl durch ein automatisches Getriebe angemessen verändert wurde. Im Normalbetrieb ist eine Kupplung 53 zur Blockierung bzw. Verriegelung eines Zentraldifferentiales A außer Betrieb, d.h. im Nichteingriffszustand, wobei in diesem Zustand die Rotation des Frontdifferentialgehäuses 42 durch eine erste Hohlwelle 55 auf einen Differentialträger 57 im Zentraldiffential A übertragen wird und über diesen Ritzelträger weiter von einem Ausgleichskegelrad 59 auf das linke und rechte Achswellenrad 60 und 61 übertragen wird. Die Rotation des linken Achswellenrades 60 wird durch eine zweite Hohlwelle 62 auf einen Differentialträger bzw. Ritzelträger 63 im Frontdiffe­ rential B und von einem Kegelrad 65 weiter auf das linke und rechte Achswellenrad 66 und 67 für den Vorderradan­ trieb übertragen, deren Drehung auf die linke und rechte Vorderrad-Achswelle 69 und 70 übertragen wird. Anderer­ seits wird die Rotation des rechten Achswellenrades 61 auf ein Zentraldifferentialgehäuse 71 übertragen, das über eine Feder- oder Keilnutkupplung mit dem Achswel­ lenrad 61 gekuppelt ist, und die Drehung wird weiter auf eine Antriebsritzelwelle 75 durch Zahnkränze 72 und 73 zum Antrieb der Hinteräder übertragen und wird anschlie­ ßend auf die linke und rechte Hinterrad-Achswelle (nicht gezeigt) durch eine Kardanwelle und ein Hinterrad-Differential (nicht gezeigt) übertragen.

Wenn eine verhältnismäßig große Antriebskraft erforder­ lich ist, z.B. weil das Fahrzeug über eine schlechte Straße, wie z.B. eine überfrorene, sandige oder sehr un­ ebene Straße fährt, oder wenn die Gefahr besteht, daß an den Rädern Schlupf auftritt, d.h. daß sie rutschen oder durchdrehen, wird die Kupplung 53 in ihre Eingriffsstel­ lung gebracht, um das Zentraldifferential A zu sperren. In diesem Zustand wird die Rotation des Frontdifferentialgehäuses 52 direkt durch die Kupplung 53 auf den Differentialträger 53 im Frontdifferential B übertragen und wird vom Kegelrad 65 weiter auf die Achs­ wellenräder 66 und 67 übertragen, deren Rotation auf die linke und rechte Vorderrad-Antriebsachswelle 69 und 70 übertragen wird. Gleichzeitig werden der Differential­ träger 57 und das linke Achswellenrad 60 im Zentraldif­ ferential 90, die jeweils durch die Hohlwellen 55 und 62 mit dem Frontdifferentialgehäuse 52 und dem Differen­ tialträger 63 gekuppelt sind, gemeinsam als ein Bauteil ohne Ausführung einer Differentialbewegung gedreht und diese Rotation wird weiter auf das Zentraldifferentialgehäuse 71 übertragen. Somit wird eine Drehung, deren Drehzahl die gleiche ist, wie die­ jenige des Differentialträgers 63 für den Antrieb der Vorderräder auf den Antriebszahnkranz 72 für den Antrieb der Hinterräder übertragen und werden auf diese Weise die rechte und Linke Hinterrad-Antriebsachswellen ange­ trieben.

Im allgemeinen werden unter Kraftfahrzeugen mit Allrad­ antrieb sowohl solche verstanden, bei denen ein ständi­ ger Allradantrieb besteht und die mit einem zentralen Ausgleichsgetriebe, wie vorbeschrieben, ausgerüstet sind, als auch solche, die nur zeitweilig im Allradan­ trieb betrieben werden und kein Zentraldifferential auf­ weisen. Beim letztgenannten Typ vierrädriger Kraftfahr­ zeuge werden entweder die Vorder- oder die Hinterräder normal angetrieben und nur dann, wenn ein verhältnis­ mäßig großes Antriebsdrehmoment erforderlich ist, z.B. dann, wenn das Fahrzeug sich über eine schneebedeckte Straße bewegt, werden die anderen Räder in geeigneter Weise direkt mit der Antriebswelle durch eine Kupplung od.dgl. gekuppelt, so daß auf diese Weise der Zweirad- oder Vierrad-Antriebszustand wie gewünscht ausgewählt wird.

Unter Anwendung des Vierrad- bzw. Allradantriebs sind bisher Techniken vorgeschlagen worden, um das Rutschen eines Fahrzeuges zu verhindern. Ein Beispiel solcher Maßnahmen aus dem Stand der Technik betrifft ein Kraft­ fahrzeug mit zeitweiligem Vierradantrieb, um Schlupf bzw. das Rutschen durch Anwendung von Beschleunigung zu verhindern. Nach dieser Technik wird, wenn sich das Fahrzeug in der Betriebsart "Zweiradantrieb" bewegt, eine Winkelbeschleunigung des Antriebsrades erfaßt und der erfaßte Wert wird mit einem Vergleichswert verglei­ chen, der unter Berücksichtigung der zeitlichen Änderung der Antriebskraft, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Ände­ rung der Belastung festgelegt ist. Wenn aus dem Ergebnis dieses Vergleichs auf das Auftreten von Schlupf bzw. Rutschen der Räder zu schließen ist, wird die Betriebs­ art "Zweiradantrieb" automatisch auf die Betriebsart "Allradantrieb" umgeschaltet. Da die Antriebskraft sowohl durch die Fahrzeuggeschwindigkeit als auch durch die Be­ lastung bestimmt wird und das Maß des Schlupfes bzw. des Rutschens sich in Übereinstimmung mit dem Niveau der An­ triebskraft ändert, wird der Vergleichswert, der zur Entscheidung darüber, ob Schlupf auftritt, verwendet wird, auf der Basis des erfaßten Niveaus der Antriebs­ kraft korrigiert und die Entscheidung über das Auftreten von Schlupf bzw. Rutschens der Räder wird auf der Grund­ lage des korrigierten Vergleichswertes getroffen.

Die Beschleunigung (Antriebskraft) kann jedoch für die gleiche Fahrzeuggeschwindigkeit oder Belastung unter­ schiedliche Werte annehmen, in Abhängigkeit von der Art der Bewegung des Fahrzeuges, z.B. wenn das Fahrzeug sich auf abschüssiger Fahrbahn talwärts bewegt. Die Motoraus­ gangsleistung hängt bei gleichem Öffnungsgrad der Dros­ selklappe auch von weiteren Umständen oder der Jahres­ zeit ab. Aus diesem Grunde leidet der vorbeschriebene Stand der Technik an dem Mangel, daß es unmöglich ist, unmittelbar einen kritischen Vergleichswert festzustel­ len, der der Entscheidung zugrundegelegt werden kann, und daher kann das Auftreten von Schlupf bzw. Rutschen nicht exakt erfaßt werden. Beim Stand der Technik tritt außerdem das Problem auf, daß, wenn die Betriebsart "Zweiradantrieb" gewählt ist und der Antrieb mit ver­ hältnismäßig geringer Kraft erfolgt und der Antrieb auf der Grundlage einer Entscheidung, die auf dem Vergleich eines einzigen Vergleichswertes beruht, plötzlich auf die Betriebsart "Allradantrieb" in einen Betriebszustand mit hoher Antriebskraft umgeschaltet wird, die Fahrzeug­ karosserie einem beträchtlichen Stoß ausgesetzt wird und im Fahrzeugverhalten eine plötzliche Veränderung eintritt, die es schwierig macht, die erforderliche Betriebs- und Lenkstabilität des Fahrzeuges aufrechtzu­ erhalten. Dieses Problem tritt sowohl bei Kraftfahrzeu­ gen mit beständigem Allradantrieb als auch bei Kraft­ fahrzeugen mit zeitweilig auf Allradantrieb umschaltba­ rem Antrieb auf. Nimmt man an, daß die Antriebsräder eines Kraftfahrzeuges, das wahlweise auf Allradantrieb umschaltbar ist, die im normalen Zweiradantriebszustand angetrieben werden, oder entweder die Vorder- oder Hin­ terräder eines beständig im Allradantrieb laufenden Kraftfahrzeuges im Schlamm durchdrehen, dann wird, wenn vom Zweiradantrieb auf Allradantrieb umgeschaltet wird oder das Zentraldiffential gesperrt wird und diese Um­ schaltung bzw. Sperrung auf der Grundlage der Erfassung des Durchdrehens bzw. Rutschens durchgeführt wird, die Antriebskraft plötzlich erhöht und dies führt zu einer Veränderung im Fahrzeugverhalten, derart, daß es in nachteiliger Weise nach vorn "schießt" oder einer Stoß­ belastung unterworfen wird, die zu Erschütterungen der Fahrzeugkarosserie führt.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Kraftfahrzeug mit Allradantrieb zu schaffen, bei dem das Auftreten von Schlupf bzw. Rutschen bei der Steuerung des Eingriffsgrades der Eingriffseinrichtung für die Vorder- und Hinterräder verhindern ist.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Auftreten von Schlupf bzw. Räderrutschen äußerst genau mit einer vereinfachten Anordnung zu er­ fassen.

Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung be­ steht darin, eine plötzliche Änderung im Verhalten des Kraftfahrzeuges zu unterdrücken, die auftreten kann, wenn von einem Zustand mit niedriger Antriebsleistung auf einen Zustand mit hoher Antriebsleistung umgeschal­ tet wird, wobei dies durch Erfassen des Auftretens von Schlupf bzw. Räderrutschen erfolgen soll.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden im einzelnen auch noch von der nachfolgenden detaillier­ ten Beschreibung deutlich.

Die Erfindung umfaßt demzufolge die Konstruktionsmerk­ male, Elementenkombinationen und Teileanordnungen, die nachfolgend erläutert werden, wobei der Umfang der Er­ findung in den Ansprüchen bestimmt ist.

Um die vorerwähnten Ziele zu erreichen, umfaßt die vor­ liegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Vierrad­ antrieb (Allradantrieb) mit einer Eingriffseinrichtung für die Vorder- und Hinterräder, die gestattet, daß die Differentialbegrenzungseinrichtung, die zwischen den Vorder- und Hinterräder angeordnet ist, im Bereich von einer Direktkupplungsstellung bis zur Außereingriffs­ position, dem Bereich in dem Schlupf auftreten kann, durch die Steuerung des Grades des Eingriffs der Ein­ griffseinrichtung gesteuert wird, gekennzeichnet durch eine Eingriffseinrichtung zum Betrieb der Eingriffsein­ richtung für die Vorder- und Hinterräder mit einem be­ stimmen Eingriffsgrad, eine Erfassungseinrichtung für die Radbeschleunigung, eine Erfassungseinrichtung für eine Vergleichsbeschleunigung und eine Steuereinrich­ tung zur Steuerung der Eingriffseinrichtung derart, daß der Eingriffsgrad auf der Basis des Ergebnisses eines Vergleichs zwischen der erfaßten Winkelbeschleunigung der Räder und der erfaßten Vergleichsbeschleunigung festgelegt wird.

Vorzugsweise kann das vorbeschriebene Fahrzeug mit einer Beschleunigungserfassungseinrichtung zur Erfassung der Dreh- bzw. Winkelbeschleunigung der Vorder- und Hinter­ räder versehen sein und eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Eingriffseinrichtung aufweisen, derart, daß der Grad des Eingriffs auf der Grundlage des Ergeb­ nisses eines Vergleichs zwischen den erfaßten Winkelbe­ schleunigungen für die Vorder- und Hinterräder bestimmt wird.

Durch die vorbeschriebene Anordnung werden die folgenden Vorteile erreicht. Da die Eingriffseinrichtung bezüglich des Grades ihres Eingriffs gesteuert wird, der in Abhän­ gigkeit vom Ergebnis des Vergleiches zwischen der erfaß­ ten Winkelbeschleunigung der Räder und der erfaßten Ver­ gleichsbeschleunigung bestimmt wird, werden die Vorder- und Hinterräder direkt gekuppelt, wenn die Differenz zwischen diesen Beschleunigungen infolge des Auftretens von Schlupf (Räderrutschen) extrem groß ist. Wenn die Differenz sich in einem mittleren Bereich befindet, wird der Eingriffsgrad der die Vorder- und Hinterräder ver­ bindenden Eingriffseinrichtung derart festgelegt, daß in der Eingriffseinrichtung Schlupf auftreten kann, und wenn das Ergebnis dieses Vergleiches keine Differenz er­ gibt, wird die Eingriffseinrichtung zwischen den Vorder- und Hinterrädern in eine Nichteingriffsstellung ge­ bracht. Entsprechend ist es möglich, ein stabiles Fahr­ verhalten des Fahrzeuges zu sichern.

Nach einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Auftreten von Schlupf bzw. Räderrut­ schen mit einem hohen Genauigkeitsgrad durch die Ausfüh­ rung eines Vergleiches zwischen den Dreh- oder Winkelbe­ schleunigungen der Vorder- und Hinterräder erfaßt wer­ den, so daß es möglich ist, eine Schlupfverhinderungssteuerung schnell auszuführen. Im einzelnen wird darauf hingewiesen, daß die Drehbeschleu­ nigung der Räder zum Zeitpunkt des Auftretens von Schlupf sich beträchtlich von derjenigen unterscheidet, die auftritt, wenn kein Schlupf zu beobachten ist und das Fahrzeug selbst beschleunigt wird. Demzufolge lie­ fert ein Vergleich zwischen der Drehbeschleunigung der Vorderräder und der Drehbeschleunigung der Hinterräder ein Ergebnis, das proportional dem Grad des Schlupfes ist und es ist auf der Grundlage dieses Vergleichsergeb­ nisses möglich, die Betätigung des Differentials ent­ sprechend dem Schlupfzustand zu einem sehr frühen Zeit­ punkt zu begrenzen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs­ beispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung nach einem ersten Aus­ führungsbeispiel einer Antischlupfeinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit Allradantrieb nach der vorliegen­ den Erfindung,

Fig. 2 ein Beispiel einer Vergleichsbeschleu­ nigungstabelle, die im Speicher der Steuereinrichtung, gezeigt in Fig. 1, gespeichert ist,

Fig. 3 ein Beispiel einer Tabelle für das Tastverhältnis für eine Magnetspule die im Speicher der Steuereinrichtung gespeichert ist,

Fig. 4 ein Flußdiagramm des durch die Steuer­ einrichtung abgearbeiteten Arbeitsablaufes,

Fig. 5 ein Blockdiagramm eines weiteren Aus­ führungsbeispiels nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 6 ein Diagramm eines Beispiels für die Festlegung eines hydraulischen Druckes, das durch die Steuereinrichtung realisiert wird,

Fig. 7 schematisch eine Kraftübertragung für ein Kraftfahrzeug mit ständigem Allradantrieb, mit einem zentralen Ausgleichsgetriebe, wobei das Fahrzeug mit einem Frontmotor ausgerüstet ist, und

Fig. 8 die Kraftübertragungseinrichtung nach Fig. 7 im einzelnen im Schnitt.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

Bezugnehmend auf Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Drosselventilsensor, 2 einen Motordrehzahlsensor, 3 eine Getriebesteuereinrichtung, 4 einen Vorderrad-Drehzahlsensor, 5 einen Hinterrad-Drehzahlsensor, 6 und 13 A/D-Wandler, 7 bis 9 Schaltkreise zur Beeinflussung der Signalwellenform, 10 eine Steuereinheit, 11 einen Betriebsschaltkreis für eine Magnetspule, 12 eine Magnetspule zur Drucksteuerung und 14 einen Hydraulikdrucksensor. Die Steuereinheit 10 ist z.B. eine Zentralprozessoreinheit (CPU), die einen Speicher enthält. Die Steuereinheit 10 enthält eine Vergleichsbeschleunigungstabelle und eine Tabelle für das Tastverhältnis bzw. das Arbeitsverhältnis der Magnetspule, die in dem Speicher gespeichert sind. Die Steuereinheit 10 ist so angeordnet, daß die Signale von den vorerwähnten Sensoren eingelesen werden und die Magnetspule 12 zur Drucksteuerung durch den Betriebs­ schaltkreis 11 der Magnetspule gesteuert wird. Der Hy­ draulikdrucksensor 14 und der A/D-Wandler 13 bilden in Kombination einen Rückkopplungsschaltkreis zur Steuerung der Drucksteuerungsmagnetspule 12 auf einen Hydraulik­ druck, der in der Steuereinheit 10 festgelegt wird. Die Vergleichsbeschleunigungstabelle ist, wie Fig. 2 zeigt, so ausgebildet, daß eine Vergleichsbeschleunigung aus dem Öffnungsgrad des Drosselventils, der Motordrehzahl und der Schaltstellung des Getriebes abgeleitet wird, während die Tabelle für das Tast- bzw. Arbeitsverhältnis der Magnetspule, wie Fig. 3 zeigt, so ausgebildet ist, daß das Magnetspulen-Arbeitsverhältnis aus dem berech­ neten Beschleunigungsverhältnis bestimmt wird.

Der Arbeitsablauf, der durch die Steuereinheit 10 ausge­ führt wird, ist nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert.

Wie in Fig. 4 gezeigt, wird zuerst ein den Öffnungsgrad des Drosselventils repräsentierendes Signal des Drosselventilsensors 1, ein Motordrehzahlsignal vom Motordrehzahlsensor 2, und ein die Getriebestellung re­ präsentierendes Signal von der Getriebesteuereinrich­ tung 3 jeweils in einer bestimmten Häufigkeit eingelesen und für jedes Signal wird ein Durchschnittswert (1) bis (5) gebildet.

Anschließend wird aus den Durchschnittswerten der Signale eine Adresse A zum Ablesen der Vergleichsbeschleunigungstabelle erhalten (6).

Anschließend werden die Signale von den Vorder- und Hinterrad-Drehzahlsensoren 4 und 5 abgelesen, um die Pe­ riode jedes Signals zu messen und eine Differenz zwi­ schen den früher und momentan gemessenen Werten zu be­ rechnen, um hierdurch eine Drehbeschleunigung B der Rä­ der zu erhalten (7), (8).

Mit der Adresse A wird eine Vergleichsbeschleunigung C aus der Tabelle abgelesen, die in dem Speicher gespei­ chert ist, um ein Verhältnis D der Radbeschleunigung B zur Vergleichsbeschleunigung C zu berechnen, d.h. D = B/C und es wird eine Adresse E zur Ablesung der Tabelle für das Tast- bzw. Arbeitsverhältnis der Magnetspule aus dem Beschleunigungsverhältnis D erhalten (9) bis (11).

Mit der Adresse E wird ein Arbeitsverhältnis für die Magnetspule aus der Tabelle, die in dem Speicher ge­ speichert ist, abgelesen und der Betriebsschaltkreis 11 für die Magnetspule wird mit dem abgelesenen Arbeitsver­ hältnis gesteuert (12), (13).

In der vorerläuterten Signalverarbeitung wird die Radbe­ schleunigung B und das Beschleunigungsverhältnis D je­ weils für die Vorder- und Hinterräder erhalten und das­ jenige Beschleunigungsverhältnis in bezug auf diejeni­ gen Räder, das ein größeres Verhältnis aufweist, wird weiter verwendet, um eine Adresse E zu erhalten. An­ schließend wird der Betriebsschaltkreis 11 für die Magnetspule mit einem Arbeitsverhältnis bzw. Tastver­ hältnis für die Magnetspule gesteuert, das mit der Adresse E abgelesen wurde.

Nachfolgend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit 10 angeordnet, um Signale von den Drehzahlsensoren 4 und 5 der Vorder- und Hinterräder zu lesen, ein Verhältnis der Drehbeschleunigungen der Vorder- und Hinterräder zu erhalten, außerdem ein Tast- bzw. Arbeitsverhältnis für eine Magnetspule aus dem Beschleunigungsverhältnis zu erhalten und den Betriebsschaltkreis 11 für die Magnet­ spule mit dem erhaltenen Tastverhältnis zu steuern. Es wird darauf hingewiesen, daß zwischen den Drehzahl­ sensoren 4 und 5 für die Vorder- und Hinterräder und den Schaltkreisen 8 und 9 für die Signalformgebung Rausch­ beseitigungsschaltungen eingesetzt sein können, um Stör­ größen bzw. Rauschpegel zu beseitigen und jedes Signal in die Form eines Rechtecksignals zu bringen, so daß die Signale von den Sensoren 4 und 5 in der Steuereinheit 10 verarbeitet werden können.

Eine praktische Anordnung der Steuereinheit 10 und eines Beispiels der Signalverarbeitung, die durch diese ausge­ führt wird, wird im Anschluß unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert.

In Fig. 5 bezeichnet das Bezugszeichen 21 einen Ab­ schnitt, in den ein Rechtecksignal vom Vorderrad-Drehzahlsensor eingegeben ist, 22 und 25 sind Abschnitte zur Messung der Signalperiode, 23 und 26 sind Mittelwertbildner, 24 ein Abschnitt, an dem als Ein­ gangssignal ein Rechtecksignal vom Hinterrad-Drehzahlsensor anliegt, 27 ist ein Abschnitt zur Berechnung eines Beschleunigungsverhältnisses oder einer Beschleunigungsdifferenz, 28 ein Adressenübersetzungsabschnitt, 29 ein Ableseabschnitt für das Tast- bzw. Arbeitsverhältnis für die Magnetspu­ le, 30 ein Abschnitt zur Speicherung einer Tabelle, die verwendet wird, um den Hydraulikdruck festzulegen, 31 eine Einheit zur Lieferung eines Hydraulikdrucksignals, 32 ein Abschnitt zur Festlegung des Arbeitsverhältnisses der Magnetspule und 33 ein Magnetspulen-Betriebsab­ schnitt.

Zuerst werden Rechtecksignale von den Drehzahlsensoren 4 und 5 der Vorder- und Hinterräder (vgl. Fig. 1) über Rauschunterdrückungsschaltungen und Signalformungs- Schaltungen 8 und 9 eingegeben und wird in den Meßab­ schnitten 22 und 25 für die Erfassung der Signalperiode die Periode der Rechtecksignale gemessen. Anschließend wird in bezug auf den Betrag der Abweichung bezüglich der Periodendauer ein Durchschnittswert erhalten mit Δ S=(S _ti-S _ti-1)/t, für n Perioden in jedem der Mittel­ wert bildenden Abschnitte 23 und 26. Mit anderen Worten sind die so erhaltenen Durchschnittswerte Durchschnitts­ beschleunigungen α _f und α _r für n Perioden.

Nachdem die Beschleunigungen α _f und α _r im Verhältnis zu den Vorder- und Hinterrädern erhalten wurden, wird ein Beschleunigungsverhältnis α _f/α _r oder eine Beschleunigungsdifferenz A _f-α _r im Berechnungsabschnitt 27 berechnet. Das erhaltene Beschleunigungsverhältnis oder die erhaltene Beschleunigungsdifferenz wird in eine Adresse übersetzt, mit der ein Arbeitsverhältnis für die Magnetspule aus der Tabelle für die Festlegung des Hydraulikdruckes, gespeichert im Abschnit 30, abgelesen wird.

Die Bestimmungstafel für den Hydraulikdruck ist z.B. so ausgelegt, daß der Hydraulikdruck auf 0 gesetzt wird, wenn das Beschleunigungsverhältnis bei oder nahe 1 ist, d.h. wenn die Vorder- und Hinterräder die gleiche Be­ schleunigung aufweisen, und der Hydraulikdruck steigt allmählich an, wenn das Beschleunigungsverhältnis von 1 aus ansteigt, und dcr Hydraulikdruck steigt auch allmäh­ lich an, wenn das Beschleunigungsverhältnis von 1 ab­ nimmt, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Mit anderen Wor­ ten wird der Hydraulikdruck derart gesteuert, daß, wenn das Beschleunigungsverhältnis von 1 abweicht, der Grad des Eingriffs zwischen den Vorder- und Hinterrädern er­ höht wird. Der Hydraulikdruck kann so festgelegt werden, daß er sich linear oder in einem nichtlinearen funktio­ nalen Verhältnis mit dem Beschleunigungsverhältnis än­ dert. Außerdem kann ein "Totbereich" von bestimmter Breite Δ W um das Beschleunigungsverhältnis 1 vorgesehen sein, da, wenn Schlupf auftritt, das Beschleunigungsverhältnis einen Wert annimmt, der um ein bestimmte Maß von 1 abweicht. Das gleiche ist der Fall, wenn eine Hydraulikdruck-Bestimmungstabelle auf der Basis der Beschleunigungsdifferenz festgelegt wird.

Nachdem ein Tast- oder Arbeitsverhältnis für die Magnet­ spule von der Tafel abgelesen wurde, wird das Hydraulik­ drucksignal entsprechend dem abgelesenen Arbeitsverhält­ nis (z.B. 30%) gesteuert und hierdurch die Magnetspule 12 gespeist.

Im allgemeinen besteht, wenn sich das Fahrzeug auf einer Straßenoberfläche mit einem niedrigen Reibungskoffizien­ ten bewegt, für die Vorder- und Hinterräder im wesentli­ chen keine Möglichkeit, gleichzeitig die Haftfähigkeit zu verlieren, und zwar wegen der ungleichmäßigen Vertei­ lung der Belastung und Abweichungen im Reibungskoeffi­ zienten. Wenn die Vorder- und Hinterräder gleichzeitig Schlupf aufweisen, erweist sich eine Sperrung des zen­ tralen Ausgleichsgetriebes als nicht wirksam, um diesen Schlupf zu unterdrücken. Wenn Schlupf auftritt, werden der Reifen und die zugehörige Antriebseinrichtung be­ schleunigt im Vergleich zu dem Fall, bei dem das Fahr­ zeug in einem schlupffreien Zustand beschleunigt wird und daher wird die Drehbeschleunigung des Schlupf auf­ weisenden bzw. durchdrehenden Rades extrem groß. Dem Rechnung tragend sind in der vorliegenden Erfindung zwei der Fahrzeuggeschwindigkeitssensoren angewandt und die Vorder- und Hinterrad-Drehzahlsensoren werden verwandt, um die Änderungsgeschwindigkeiten pro Zeiteinheit zu vergleichen und hierdurch über den Grad des Schlupfes zu entscheiden und der Hydraulikdruck wird in mehrstufiger Weise über einen Bereich von 0% bis 100% auf der Grundlage der Entscheidung über das Ausmaß des Schlupfes variiert. Damit wird die Differentialbegrenzungseinrichtung für das zentrale Aus­ gleichsgetriebe betätigt, wodurch für das Fahrzeug ein Schlupf oder Rutschen wirksam verhindert wird.

Es wird darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfin­ dung nicht auf das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt ist und von diesem verschiedene Änderungen und Abweichungen vorgenommen werden können.

Obwohl in dem vorerläuterten Ausführungsbeispiel die Eingriffseinrichtung zur Verbindung der Vorder- und Hin­ terräder an einem Fahrzeug mit ständigem Allradantrieb und mit einem zentralen Ausgleichsgetriebe angewandt wurde, kann diese in gleicher Weise auf ein Fahrzeug mit nur zeitweiligem Allradantrieb angewandt werden. Die Eingriffseinrichtung für die Vorder- und Hinterräder ist in diesem Fall so gestaltet, daß sie eine Steuerung der zwischen den Vorder- und Hinterrädern vorgesehenen Differentialbegrenzungseinrichtung über den ganzen Schlupfbereich durch Steuerung des Eingriffsgrades von direkter Kupplung bis völliger Außereingriffstellung vornimmt. Im Falle eines Kraftfahrzeuges mit stän­ digem Allradantrieb ist die Einrichtung eine Kupplung zur Sperrung des zentralen Ausgleichsgetriebes, im Falle eines Kraftfahrzeuges mit zeitweiligem Allradantrieb ist die Einrichtung eine Zentralkupplung zum direkten Kup­ peln der Vorder- und Hinterräder. Insbesondere ist die Kupplung nicht notwendigerweise auf eine Hydraulikkupp­ lung begrenzt und es ist möglich jede Art von Kupplung anzuwenden, die in der Lage ist, eine Steuerung des Ein­ griffsgrades zu bewirken, wie z.B. eine Elektromagnet­ kupplung. Die Vergleichsbeschleunigung kann von Ver­ gleichsdaten (Tabelle) erhalten werden, die auf der Ba­ sis von Drosselventilöffnungsgrad und Fahrzeuggeschwindigkeit vorbereitet wurden, da das Fahr­ zeug im wesentlichen durch die Leistung des Motors be­ schleunigt wird. Die Anordnung kann auch so getroffen sein, daß ein Beschleunigungssensor an der Fahrzeug­ karosserie befestigt ist, z.B. unter dem Vordersitz, wo der Sensor zumindest durch die Schwingungen des Motors und der Aufhängung beeinflußt ist, um ein Ausgangssignal von dem Beschleunigungssensor als Vergleichssignal zu benutzen. In dem Fall, in dem eine Vergleichsbeschleuni­ gung aus Vergleichsdaten erhalten wird, die unter Ver­ wendung des Öffnungsgrades des Drosselventils als einer Variablen festgelegt wurden, kann eine Mehrzahl von Ver­ gleichsdaten festgelegt werden, um die Auswahl eines von ihnen entsprechend Laufleistung oder in Abhängigkeit von einem Schaltvorgang oder auf der Basis des Ergebnisses einer Messung der Umgebungslufttemperatur erfolgen, da, selbst für den gleichen Drosselöffnungsgrad die entspre­ chende Beschleunigung sich entsprechend der Laufleistung und der Anzahl der Jahre (d.h. in Abhängigkeit von der Zeit) ändern kann und, wenn sich die Lufttemperatur mit der Jahreszeit ändert, die zugeführte Sauerstoffmenge sich ändern kann und zu Veränderungen in der Ausgangs­ leistung, d.h. in der Beschleunigung des Fahrzeuges füh­ ren kann. Die Vergleichsdaten können unter Verwendung einer Adresse als Bestimmungsgrößen herangezogen werden, die durch die Differenz zwischen der Radbeschleunigung und der Vergleichsbeschleunigung bestimmt wird.

Von der vorangegangenen Beschreibung ist deutlich, wenn ein Schlupf aufweisendes, durchrutschendes Rad zu einer normalen Anzahl von Umdrehungen zurückkehrt, wird die Trägheitsenergie, die in den Teilen des Antriebssystems gespeichert ist, freigesetzt und es tritt ein Antriebs­ moment auf, das größer ist als das Antriebsmoment, das durch die Ausgangsleistung des Motors erzeugt wird. Da­ her veranlaßt der plötzliche Eingriff der Eingriffsein­ richtung zwischen Vorder- und Hinterrädern das Auftreten einer Antriebsspitze, die zu einer plötzlichen Verände­ rung des Fahrzeugverhaltens führt. Nach der vorliegenden Erfindung wird jedoch der Grad des Eingriffs entspre­ chend dem Verhältnis oder der Differenz zwischen der Radbeschleunigung und der Vergleichsbeschleunigung ver­ ändert. Es ist daher möglich, den Eingriffsgrad allmäh­ lich und derart zu ändern, daß, wenn der Grad des auf­ tretenden Schlupfes gering ist, der Eingriffsgrad ab­ nimmt, während, wenn ein großer Schlupf auftritt, der Eingriffsgrad erhöht wird. Entsprechend wird die Träg­ heitsenergie allmählich wirksam und die Änderung im Fahrzeugverhalten wird dadurch minimal. Außerdem ist es möglich, den Schlupf genau und leicht lediglich unter Verwendung eines Motordrehzahlsensors zu erfassen, ohne daß die Notwendigkeit besteht, einen Drosselsensor od.dgl. anzuwenden. Da es schließlich möglich ist, den Grad des Eingriffs der Eingriffseinrichtung zwischen Vorder- und Hinterrädern entsprechend dem Grad des Schlupfes von einem frühen Stadium des Auftretens von Schlupf einzustellen, kann der Eingriffsgrad glatt und allmählich geändert werden, so daß es möglich ist, das Auftreten nachteiliger Erscheinungen, wie das Vorwärts-"Schießen" des Fahrzeuges zu vermeiden, das sonst bei Auftreten von Schlupf durch das plötzliche direkte Kuppeln von Vorder- und Hinterrädern durch die zwischen Vorder- und Hinterrädern wirksame Eingriffsein­ richtung erfolgen würde. Entsprechend ist es möglich, die Fahr- und Lenkstabilität des Fahrzeuges zu verbes­ sern.

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit Allradan­ trieb und eine Eingriffseinrichtung zwischen Vorder- und Hinterrädern, die als Differentialbegrenzungseinrichtung zwischen den Vorder- und Hinterrädern ausgelegt ist oder eine solche steuert und über den Bereich des möglichen Schlupfes zwischen Vorder- und Hinterrädern hinweg durch die Steuerung des Eingriffsgrades der Einrichtung vom Direktkupplungszustand bis zum völligen Außereingriffs­ zustand steuerbar ist. Das Fahrzeug ist mit Mitteln zum Betrieb der Eingriffseinrichtung zwischen den Vorder- und Hinterrädern mit einem bestimmten Eingriffsgrad ver­ sehen, ferner mit einer Beschleunigungserfassungseinrichtung, einer Vergleichsbeschleunigungserfassungseinrichtung und einer Steuereinheit zur Steuerung der Eingriffseinrichtung durch Festsetzen des Eingriffsgrades auf der Grundlage des Ergebnisses eines Vergleichs zwischen der erfaßten Drehbeschleunigung der Räder und der erfaßten Vergleichsbeschleunigung. Wahlweise ist das Fahrzeug mit Einrichtungen zum Betrieb der Eingriffseinrichtung zwi­ schen den Vorder- und Hinterrädern mit einem festgeleg­ ten Eingriffsgrad versehen, einer Beschleunigungserfassungseinrichtung zur Erfassung der Drehbeschleunigungen der Vorder- und Hinterräder und einer Steuereinheit zur Steuerung der Eingriffseinrich­ tung durch Festlegen des Eingriffsgrades auf der Grund­ lage des Ergebnisses eines Vergleiches zwischen der er­ faßten Drehbeschleunigung der Vorder- und Hinterräder. Wenn somit das Auftreten von Schlupf erfaßt wird, wird der Grad des Eingriffes der Eingriffseinrichtung zwi­ schen den Vorder- und Hinterrädern entsprechend dem Grad des auftreten Schlupfes gesteuert. Entsprechend ist es möglich, wirksam ein Auftreten von Schlupf, d.h. von Drehzahldifferenzen zwischen den Vorder- und Hinterrä­ dern zu verhindern.

Claims (15)

1. Kraftfahrzeug mit Allradantrieb und einer Eingriffs­ einrichtung zwischen den Vorder- und Hinterrädern, vor­ gesehen, um eine Differentialbegrenzungseinrichtung zwi­ schen den Vorder- und Hinterrädern zu schaffen oder zu steuern, und die durch die Steuerung des Eingriffsgrades über den Bereich möglichen Schlupfes zwischen den Vorder- und Hinterrädern zwischen dem Zustand direkter Kupplung der Räder bis zur völligen Außereingriffstel­ lung der Eingriffseinrichtung steuerbar ist, gekennzeichnet durch:
eine Eingriffseinrichtung (12) zum Betrieb der Ein­ griffseinrichtung (39) zwischen Vorder- und Hinterrä­ dern mit einem bestimmten Eingriffsgrad,
einer Beschleunigungserfassungseinrichtung (4, 5) zur Erfassung einer Drehbeschleunigung der Räder (B) und der Erfassung einer Vergleichsbeschleunigung (C), und
eine Steuereinheit (10) zur Steuerung der Eingriffs­ einrichtung (12) durch Festlegen eines Eingriffsgrades auf der Grundlage des Ergebnisses eines Vergleiches zwischen der erfaßten Drehbeschleunigung der Räder und der Beschleunigung, die auf die Kraftfahrzeugkarosserie einwirkt.

2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zentrales Ausgleichsgetriebe (49) zum Ausgleich einer Differenz im Kurvenradius zwischen den Vorder- und Hinterrädern, wobei das zentrale Ausgleichsgetriebe (49) parallel zu der Eingriffseinrichtung (38) für die Steuerung der Kupplung zwischen den Vorder- und Hinter­ rädern angeordnet ist.

3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuereinheit (10) Vergleichsdaten enthält, die jeweils dem Eingriffsgrad entsprechend Wer­ ten festlegen, die aus dem Vergleich zwischen der Dreh­ beschleunigung der Räder und der Vergleichsbeschleuni­ gung resultieren und die den Eingriffsgrad auf der Grundlage dieser Vergleichsdaten festlegen.

4. Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vergleichswerte Differenzen zwischen der Drehbeschleunigung der Räder und der Vergleichsbeschleu­ nigung sind.

5. Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vergleichswerte Verhältnisse zwischen der Drehbeschleunigung der Räder und der Vergleichsbeschleu­ nigung sind.

6. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (10) Ver­ gleichsdaten enthält, die verwendet werden, um eine Ver­ gleichsbeschleunigung auf der Basis eines Signals zu er­ mitteln, das durch die Vergleichsbeschleunigungs­ erfassungseinrichtung erfaßt wurde.

7. Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vergleichsbeschleunigungserfassungs­ einrichtung durch einen Drosselventilsensor (1), einen Motordrehzahlsensor (2) und einen Sensor (3) für die Erfassung der Getriebestellung gebildet ist.

8. Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vergleichsbeschleunigungserfassungsein­ richtung durch einen die Drosselstellung erfassenden Sensor und einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor ge­ bildet ist.

9. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Vergleichsbeschleunigungs­ erfassungseinrichtung durch einen Beschleunigungssensor gebildet ist.

10. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß der Eingriffsgrad in Werten des Arbeitsverhältnisses für den Betrieb der Eingriffs­ einrichtung (12, 39) festgelegt ist.

11. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Beschleunigungserfassungseinrichtung die Beschleunigung der Vorder- und Hinterräder erfaßt und die Steuereinheit (12) entweder die Drehbeschleunigung der Vorderräder oder die Drehbeschleunigung der Hinter­ räder als auf die Fahrzeugkarosserie wirksame und die Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie repräsentierende Beschleunigung berücksichtigt und diese Beschleunigun­ gen (Radbeschleunigung-Karosseriebeschleunigung) mit­ einander vergleicht.

12. Kraftfahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Steuereinheit (10) Vergleichsdaten enthält, die jeweils zugehörige Eingriffsgrade betreffen, ent­ sprechend Werten, die aus einem Vergleich zwischen der Drehbeschleunigung der Vorderräder mit der Drehbe­ schleunigung der Hinterräder resultieren.

13. Kraftfahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß diese Vergleichswerte Verhältnisse der Drehbe­ schleunigung zwischen Vorder- und Hinterrädern sind.

14. Kraftfahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vergleichswerte Differenzen der Drehbe­ schleunigung zwischen Vorder- und Hinterrädern sind.

15. Kraftfahrzeug nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingriffsgrade in Einheiten des Arbeitsverhältnisses für den Betrieb der Eingriffsein­ richtung (12, 39) festgelegt sind.