DE3721629C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsanordnung zur variablen Verteilung der Antriebsleistung eines allradgetriebenen Kraftfahrzeuges zwischen den Antriebsachsen, mit einer Steuereinheit, der Eingangssignale zugeführt werden, und welche durch Vergleich bestimmter Referenzwerte der Fahrzeugbewegung Ausgangssignale für die Steuerung der Verteilung der Antriebsleistung erzeugt, mit Sensoren, die die Raddrehzahlen an Vorder- und Hinterrädern erfassen, wobei die erzeugten Raddrehzahlsignale der Steuereinheit als Eingangssignale zugeführt werden, und mit einem zwischen vorderer und hinterer Achse vorgesehenen Differentialgetriebe, welches eine Differentialsperrkupplung aufweist, die durch die Ausgangssignale der Steuereinheit in ihrem Eingriffsgrad kontinuierlich von 0 bis 100% steuerbar ist.

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 terradantrieb, 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 vorgesehen.

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 Allradantrieb und einem zentralen Ausgleichsgetriebe mit einer Sperreinrichtung versehen, die geeignet ist, die Differential-Begrenzungseinrichtungen für die Vorder- und Hinterräder ohne Einschaltung des zentralen Ausgleichsgetriebes direkt miteinander zu kuppeln, so daß, wenn eine verhältnismäßig große Antriebsleistung erforderlich 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 unverriegelt 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 Frontdifferenzialgehäuse 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 52 durch eine erste Hohlwelle 55 auf einen Differentialträger 57 im Zentraldifferential 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 Hinterad-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 Schlupfauftritt, 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 Kraftfahrzeug 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 vergleichen, der unter Berücksichtigung der zeitlichen Änderung der Antriebskraft, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Änderung der Belastung festgelegt ist. Wenn aus dem Ergebnis dieses Vergleichs auf das Auftreten von Schlupf bzw. Rutschen der Räder zu schließen ist, wird die Betriebsart "Zweiradantrieb" automatisch auf die Betriebsart "Allradantrieb" umgeschaltet. Da die Antriebskraft sowohl durch die Fahrzeuggeschwindigkeit als auch durch die Belastung bestimmt wird und das Maß des Schlupfes bzw. des Rutschens sich in Übereinstimmung mit dem Niveau der Antriebskraft ändert, wird der Vergleichswert, der zur Entscheidung darüber, ob Schlupf auftritt, verwendet wird, auf der Basis des erfaßten Niveaus der Antriebskraft korrigiert und die Entscheidung über das Auftreten von Schlupf bzw. Rutschens der Räder wird auf der Grundlage 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 ein beständig im Allradantrieb laufenden Kraftfahrzeuges im Schlamm durchdrehen, dann wird, wenn vom Zweiradantrieb auf Allradantrieb umgeschaltet wird oder das Zentraldifferential 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.

Aus der DE 34 34 394 A1 ist eine Anordnung zum Regeln der Leistungsübertragung eines vierradgetriebenen Fahrzeuges bekannt, bei der in Abhängigkeit von einer erfaßten Drehzahldifferenz zwischen den primär und sekundär angetriebenen Rädern sowie in Abhängigkeit von einer Gas- oder Bremspedalbetätigung eine zwischen Vier- und Zweiradantrieb umschaltbare Verteilerkupplung den Vierrad- oder Zweiradantriebszustand herstellt. Eine derartige Anordnung ist jedoch nicht geeignet, die vorerläuterten Schwierigkeiten des Standes der Technik in Verbindung mit einer plötzlichen Änderung der Antriebsverhältnisse und, bedingt durch das Einrücken der Kupplung bei großer Drehzahldifferenz (Vierradantrieb), stoßartiger Antriebsbelastung des Fahrzeuges zu überwinden.

Eine Steuereinrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE 34 37 436 A1 bekannt, bei der zwischen Vorder- und Hinterachse eine Rutschkupplung vorgesehen ist, die in ihrem Eingriffsgrad in Abhängigkeit von der Drehzahl der Fahrzeugräder und dem Radschlupf steuerbar ist, wobei die Steuergröße auch zur Ansteuerung eines steuerbaren Verteilergetriebes oder eines mit einem Stellglied kontinuierlich in seiner Sperrwirkung steuerbaren Zwischendifferentiales ansteuerbar ist, über das die Haupt- und Zusatzantriebsachse angetrieben wird.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern, derart, daß das Auftreten von Radschlupf genau in verhältnismäßig einfacher Weise erfaßt und zur Steuerung der Differentialsperrkupplung für eine entsprechende, angemessene Verteilung der Antriebsleistung auf Vorder- und Hinterräder unter Vermeidung von stoßartigen Umschaltvorgängen zwischen verschiedenen Antriebsarten verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aus den Raddrehzahlen an Vorder- und/oder Hinterrädern eine Raddrehzahlbeschleunigung durch die Steuereinheit ermittelt wird, welche mit einer Vergleichsbeschleunigung verglichen und ein Vergleichsdatenwert bestimmt wird und in Abhängigkeit von dem Vergleichsdatenwert Ausgangssignale für die Steuerung der Verteilung der Antriebsleistung erzeugt werden, und daß die Ansteuerung der Differentialsperrkupplung über ein Magnetventil pulsmoduliert erfolgt.

Weitere, bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Steuerungsanordnung sind in den übrigen Unteransprüchen dargelegt.

Die Steuerungsanordnung weist daher vorzugsweise eine Erfassungseinrichtung für die Radbeschleunigung, eine Erfassungseinrichtung für eine Vergleichsbeschleunigung und eine Steuereinheit zur Steuerung der Differentialsperrkupplung auf, 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 die Steuerungsanordnung mit einer Beschleunigungserfassungseinrichtung zur Erfassung der Dreh- bzw. Winkelbeschleunigung der Vorder- und Hinterräder versehen sein und die Steuereinheit zur Steuerung des Eingriffsgrades der Differentialsperrkupplung den Eingriffsgrad auf der Grundlage des Ergebnisses eines Vergleichs zwischen den erfaßten Winkelbeschleunigungen für die Vorder- und Hinterräder festlegen.

Durch die Steuerungsanordnung werden die folgenden Vorteile erreicht: Da die Differentialsperrkupplung bezüglich ihres Eingriffsgrades in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleiches zwischen der erfaßten Winkelbeschleunigung der Räder und der erfaßten Vergleichsbeschleunigung gesteuert 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 verbindenden Differentialsperrkupplung derart festgelegt, daß in der Differentialsperrkupplung Schlupf auftreten kann, und wenn das Ergebnis dieses Vergleiches keine Differenz ergibt, wird die Differentialsperrkupplung zwischen den Vorder- und Hinterrädern in eine Nichteingriffsstellung gebracht. Entsprechend ist es möglich, ein stabiles Fahrverhalten des Fahrzeuges zu sichern.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Auftreten von Schlupf bzw. Räderrutschen mit einem hohen Genauigkeitsgrad durch die Ausführung eines Vergleiches zwischen den Dreh- oder Winkelbeschleunigungen der Vorder- und Hinterräder erfaßt werden, so daß es möglich ist, eine Schlupfverhinderungssteuerung schnell auszuführen. Im einzelnen wird darauf hingewiesen, daß die Drehbeschleunigung 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 liefert 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 Vergleichsergebnisses möglich, die Betätigung des Differentials entsprechend dem Schlupfzustand zu einem sehr frühen Zeitpunkt 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 Steuerungsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit Allradantrieb nach der vorliegen­ den Erfindung,

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

Fig. 3 ein Beispiel einer im Speicher der Steuereinheit gespeicherten Tabelle für das Tastverhältnis einer Steuermagnetspule,

Fig. 4 ein Flußdiagramm des durch die Steuerungsanordnung abgearbeiteten Arbeitsablaufes,

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

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

Fig. 7 eine Prinzipdarstellung einer Kraftübertragung für ein Kraftfahrzeug mit ständigem Allradantrieb , mit einem zentralen Differentialgetriebe 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 dem 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 Signalformungsschaltungen 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 ΔS= (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- Drehbeschleunigungen α_f und α_r für n Perioden.

Nachdem die Drehbeschleunigungen α_f und α_r im Verhältnis zu den Vorder- und Hinterrädern erhalten wurden, wird ein Beschleunigungsverhältnis α_f/α_r oder eine Beschleunigungsdifferenz α_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 Abschnitt 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 der 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 ΔW 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 Reibungskoffizienten bewegt, für die Vorder- und Hinterräder im wesentlichen keine Möglichkeit, gleichzeitig die Haftfähigkeit zu verlieren, und zwar wegen der ungleichmäßigen Verteilung der Belastung und Abweichungen im Reibungskoeffizienten. Wenn die Vorder- und Hinterräder gleichzeitig Schlupf aufweisen, erweist sich eine Sperrung des zentralen Ausgleichsgetriebes als nicht wirksam, um diesen Schlupf zu unterdrücken. Wenn Schlupf auftritt, werden der Reifen und die zugehörige Antriebseinrichtung beschleunigt im Vergleich zu dem Fall, bei dem das Fahrzeug in einem schlupffreien Zustand beschleunigt wird und daher wird die Drehbeschleunigung des Schlupf aufweisenden 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 Differentialsperrkupplung für das zentrale Ausgleichsgetriebe 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 (Differentialsperrkupplung) zur Verbindung der Vorder- und Hinterräder an einem Fahrzeug mit ständigem Allradantrieb und mit einem zentralen Differentialgetriebe 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 ständigem 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 Kuppeln der Vorder- und Hinterräder. Insbesondere ist die Kupplung nicht notwendigerweise auf eine Hydraulikkupplung begrenzt und es ist möglich jede Art von Kupplung anzuwenden, die in der Lage ist, eine Steuerung des Eingriffsgrades zu bewirken, wie z. B. ein Elektromagnetkupplung. Die Vergleichsbeschleunigung kann von Vergleichsdaten (Tabelle) erhalten werden, die auf der Basis von Drosselventilöffnungsgrad und Fahrzeuggeschwindigkeit vorbereitet wurden, da das Fahrzeug im wesentlichen durch die Leistung des Motors beschleunigt wird. Die Anordnung kann auch so getroffen sein, daß ein Beschleunigungssensor an der Fahrzeugkarosserie 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 Vergleichsbeschleunigung aus Vergleichsdaten erhalten wird, die unter Verwendung des Öffnungsgrades des Drosselventils als einer Variablen festgelegt wurden, kann eine Mehrzahl von Vergleichsdaten 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 entsprechende 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 Ausgangsleistung, d. h. in der Beschleunigung des Fahrzeuges führen 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, daß dann, wenn ein einen Schlupf aufweisendes, durchrutschendes Rad zu einer normalen Anzahl von Umdrehungen zurückkehrt, die Trägheitsenergie, die in den Teilen des Antriebssystems gespeichert ist, freigesetzt wird und ein Antriebsmoment auftritt, das größer ist als das Antriebsmoment, das durch die Ausgangsleistung des Motors erzeugt wird. Daher veranlaßt der plötzliche Eingriff der Eingriffseinrichtung zwischen Vorder- und Hinterrändern das Auftreten einer Antriebsspitze, die zu einer plötzlichen Veränderung des Fahrzeugverhaltens führt. Nach der vorliegenden Erfindung wird jedoch der Grad des Eingriffs entsprechend dem Verhältnis oder der Differenz zwischen der Radbeschleunigung und der Vergleichsbeschleunigung verändert. Es ist daher möglich, den Eingriffsgrad allmählich und derart zu ändern, daß, wenn der Grad des auftretenden Schlupfes gering ist, der Eingriffsgrad abnimmt, während, wenn ein großer Schlupf auftritt, der Eingriffsgrad erhöht wird. Entsprechend wird die Trägheitsenergie 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 Differentialsperrkupplung 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 Eingriffseinrichtung erfolgen würde. Entsprechend ist es möglich, die Fahr- und Lenkstabilität des Fahrzeuges zu verbessern.

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit Allradantrieb 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 Außereingriffszustand steuerbar ist. Das Fahrzeug ist mit Mitteln zum Betrieb der Eingriffseinrichtung zwischen den Vorder- und Hinterrädern mit einem bestimmten Eingriffsgrad versehen, 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 zwischen den Vorder- und Hinterrädern mit einem festgelegten Eingriffsgrad versehen, einer Beschleunigungserfassungseinrichtung zur Erfassung der Drehbeschleunigungen der Vorder- und Hinterräder und einer Steuereinheit zur Steuerung der Eingriffseinrichtung durch Festlegen des Eingriffsgrades auf der Grundlage des Ergebnisses eines Vergleiches zwischen der erfaßten Drehbeschleunigung der Vorder- und Hinterräder. Wenn somit das Auftreten von Schlupf erfaßt wird, wird der Grad des Eingriffes der Eingriffseinrichtung zwischen den Vorder- und Hinterrändern entsprechend dem Grad des auftreten Schlupfes gesteuert. Entsprechend ist es möglich, wirksam ein Auftreten von Schlupf, d. h. von Drehzahldifferenzen zwischen den Vorder- und Hinterrädern zu verhindern.

Claims (7)

1. Steuerungungsordnung zur variablen Verteilung der Antriebsleistung eines allradgetriebenen Kraftfahrzeuges zwischen den Antriebsachsen, mit einer Steuereinheit, der Eingangssignale zugeführt werden, und welche durch Vergleich bestimmter Referenzwerte der Fahrzeugbewegung Ausgangssignale für die Steuerung der Verteilung der Antriebsleistung erzeugt,
mit Sensoren, die die Raddrehzahlen an Vorder- und Hinterrädern erfassen, wobei die erzeugten Raddrehzahlsignale der Steuereinheit als Eingangssignale zugeführt werden,
mit einem zwischen vorderer und hinterer Achse vorgesehenen Differentialgetriebe , welches eine Differentialsperrkupplung aufweist, die durch die Ausgangssignale der Steuereinheit in ihrem Eingriffsgrad kontinuierlich von 0 bis 100% steuerbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß aus den Raddrehzahlen an Vorder- und/oder Hinterrädern eine Raddrehbeschleunigung durch die Steuereinheit (10, 27) ermittelt wird, welche mit einer Vergleichsbeschleunigung verglichen und ein Vergleichsdatenwert bestimmt wird und in Abhängigkeit von dem Vergleichsdatenwert Ausgangssignale für die Steuerung der Verteilung der Antriebsleistung erzeugt werden, und daß die Ansteuerung der Differentialsperrkupplung über ein Magnetventil (39) pulsmoduliert erfolgt.

2. Steuerungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsbeschleunigung auf der Grundlage eines den Motorbetriebszustand repräsentierenden Signales durch einen Drosselventilsensor (1) und/oder einen Motordrehzahlsensor (2) und/oder einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor und/oder einen Getriebestellungs-Erfassungssensor (3) bestimmt wird.

3. Steuerungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsbeschleunigung als Drehbeschleunigung der Vorder- oder Hinterräder erfaßt wird.

4. Steuerungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichsdatenwert eine Differenz zwischen einer Drehbeschleunigung (α_f, α_r) der Vorder- oder Hinterräder und der Vergleichsbeschleunigung ist.

5. Steuerungsanordnung nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichsdatenwert ein Verhältnis zwischen einer Drehbeschleunigung (α_f, α_r) der Vorder- oder Hinterräder und der Vergleichsbeschleunigung ist.

6. Steuerungsanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 2 , 4 oder 5 , dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsbeschleunigung sowohl mit der Drehbeschleunigung (α_f) der Vorderräder als auch mit der Drehbeschleunigung (α_r) der Hinterräder jeweils unter Bildung eines Verhältniswertes (D) verglichen wird, die Verhältniswerte (D) miteinander verglichen werden und eine Ansteuerung des Magnetventiles (39) in Abhängigkeit von dem größeren der miteinander verglichenen Verhältniswerte (D) erfolgt.

7. Steuerungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbeschleunigung (α_f, α_r) der Vorder- oder Hinterräder als eine Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie repräsentierende Vergleichsbeschleunigung erfaßt und mit der Drehbeschleunigung der verbleibenden Räder (Hinter- oder Vorderräder) unter Bildung eines Beschleunigungsverhältnisses oder einer Beschleunigungsdifferenz zum Erhalt des Vergleichsdatenwertes zur Ansteuerung des Magnetventiles (39) in Abhängigkeit von diesem verglichen wird.