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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur
Erkennung eines Radschlupfes oder -rutschens eines
konstantvierrad- (oder allrad-) getriebenen Kraftfahrzeugs (im
folgenden als konstant vierradgetriebenes Kraftfahrzeug
bezeichnet). Wie bekannt ist, bezitzen vierradgetriebene
Kraftfahrzeuge ein zwischen den Vorder- und Hinterrädern
wirkendes Differential. In Antriebssituationen, in denen
die auf die Vorderräder übertragene Last von der auf die
Hinterräder übertragenen Last abweicht, tritt im
allgemeinen ein Phänomen auf, das als Schlupf bezeichnet
wird, wobei das Differential so wirkt, daß es das
Drehmoment auf die Räder mit der geringsten Belastung
überträgt. Dies ist unerwünscht, da die Räder mit der
leichtesten Belastung im allgemeinen durchrutschen. Ein
Schlupf der Vorder- oder Hinterräder kann durch Sperren
des Differentials verhindert werden. Wenn jedoch die
Funktion des Differentials eingeschränkt wird,
verschlechtert sich die Kurvenfahrteigenschaft. Wenn
außerdem das Differential gesperrt wird, kann Radschlupf
nicht erkannt werden, so daß es unmöglich ist, das Lösen
der Differentialsperre automatisch zu regeln. Demnach
muß das Differential zum Lösen der Sperre manuell
bedient werden.
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Bekannt ist ein Drehmomentenverteilungsregelungssystem
zur Regelung des Verteilungsverhältnisses des vom Motor
übertragenen Drehmomentes auf die Vorder- und
Hinterräder beim Schlupf der Vorder- oder Hinterräder. Falls
beispielsweise die Vorderräder rutschen, funktioniert
das Drehmomentenverteilungsregelungssystem so, daß das
auf die Hinterräder übertragene Drehmoment erhöht wird,
so daß ein Schlupf der Vorderräder verhindert wird.
Somit kann das Kraftfahrzeug bei Betrieb des Differentials
durch die Kurve gefahren werden.
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Obwohl ein Zweiradschlupf durch Regelung des
Drehmomentenverteilungsverhältnisses verhindert werden kann, kann
ein Schlupf von allen vier Rädern durch die Regelung der
Drehmomentenverteilung nicht verhindert werden. Um den
Schlupf der vier Räder einzuschränken wird
beispielsweise die Leistung des Motors reduziert.
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Ein Getrieberegelungssystem wird in Abhängigkeit vom
Radschlupf betrieben, deshalb ist ein
Schlupferkennungssystem notwendig. Da bei vierradgetriebenen
Kraftfahrzeug vier Räder gleichzeitig rutschen können, ist es
notwendig, einen Vierradschlupfdetektor vorzusehen.
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Die offengelegte japanische Gebrauchsmusteranmeldung 59-
99872 offenbart ein Schlupferkennungssystem, bei welchem
ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor und
Raddrehzahlsensoren zur Schlupferfassung vorgesehen sind. Gleichwohl
kann das System den Schlupf aller vier Räder nicht
erfassen.
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Der Leser findet einen weiteren Hinweis auf den Stand
der Technik in der WO 87/02948, von der Anspruch 1 der
vorliegenden Anmeldung ausgeht.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein
genaues Schlupferkennungssystem für ein vierradgetriebenes
Kraftfahrzeug zu schaffen, um einen Vierradschlupf zu
erfassen.
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Vorgesehen ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein
Schlupferkennungssystem für ein vierradgetriebenes
Kraftfahrzeug mit einer
Vorderraddrehzahlerfassungseinrichtung zur Erfassung der Vorderraddrehzahl und zur
Erzeugung eines Vorderraddrehzahlsignals, einer
Hinterraddrehzahlerfassungseinrichtung
zur Erfassung einer
Hinterraddrehzahl und zur Erzeugung eines
Hinterraddrehzahlsignals, einer
Drehzahldifferenzerkennungseinrichtung zur Erkennung der Differenz zwischen der
Vorderraddrehzahl und der Hinterraddrehzahl und zur Erzeugung
eines Drehzahldifferenzsignals, wenn die Differenz
größer als ein vorbestimmter Wert ist, einer auf das
Vorderraddrehzahlsignal und das Hinterraddrehzahlsignal
ansprechenden Radbeschleunigungsrechnereinrichtung zur
Berechnung der Radbeschleunigung, und einer
Schlupferkennungseinrichtung zur Erkennung der Differenz zwischen
der Beschleunigung der Räder und der Beschleunigung der
Fahrzeugkarosserie bei Abwesenheit des
Drehzahldifferenzsignals und zur Erzeugung eines
Vierradschlupfsignals, wenn die Beschleunigungsdifferenz größer als ein
vorbestimmter Wert ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist
jeder der Vorder- und Hinterraddrehzahldetektoren linke
und rechte Raddrehzahlsensoren und eine
Berechnungseinrichtung zur Berechnung einer Durchschnittsdrehzahl aus
den Drehzahlen der linken und rechten Räder auf. Der
Radbeschleunigungsrechner enthält vorzugsweise
Rechnermittel zur Berechnung der mittleren Raddrehzahl aus den
Durchschnittsdrehzahlen der Vorder- und Hinterräder und
Mittel zur Differenzierung der mittleren Raddrehzahl.
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Die weiteren Aufgaben und Merkmale dieser Erfindung
werden aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf
die beiliegenden Zeichnungen verständlich.
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Figur 1 zeigt schematisch ein
erfindungsgemäßes System;
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Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild einer
Regelungseinheit der vorliegenden
Erfindung;
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Figur 3 ist ein Blockschaltbild, das den
Betrieb des Systems zeigt; und
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Figur 4 enthält Graphen, die Eigenschaften
einer Getrieberegelung in
Abhängigkeit von der
Fahrzeugbeschleunigung und der
Drosselventilöffnung zeigen.
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Unter Bezugnahme auf Figur 1, die ein Getriebesystem für
ein vierradgetriebenes Fahrzeug zeigt, ist mit dem
Bezugszeichen 1 ein im vorderen Abschnitt des Fahrzeugs
vorgesehener Motor bezeichnet. Die Leistung des Motors 1
wird über einen Drehmomentenwandler 2 und ein
Automatikgetriebe 3 auf eine Verteilervorrichtung 3a übertragen.
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In der Verteilervorrichtung 3a wird die Rotation einer
Ausgangswelle 4 des Getriebes 3 auf ein zentrales
Differential 20 übertragen. Das zentrale Differential 20 ist
eine Planetenradvorrichtung und enthält ein Sonnenrad
21, ein Ringrad 22 mit Innenzähnen, einen Träger 24 und
Planetenritzel 23, die am Träger 24 drehbar gelagert
sind, und sich in Eingriff mit beiden Zahnrädern 21 und
22 befinden. Der Träger 24 ist mit der Ausgangswelle 4
verbunden. Das Ringrad 22 ist mit einem Zahnrad 5
verbunden, das an der Welle 4 drehbar befestigt ist und
sich in Eingriff mit einem Zahnrad 6 befindet, das
denselben Durchmesser wie das Zahnrad 5 besitzt und an
einer Vorderradantriebswelle 7 befestigt ist. Die
Vorderradantriebswelle 7 ist mit einem Vorderraddifferential 8
wirksam verbunden, wodurch die Vorderräder 10R und 10L
über Achswellen 9 angetrieben werden. Außerdem ist das
Sonnenrad 21 an einer Hinterradantriebswelle 11
befestigt, so daß die Hinterräder 14R und 14L über ein
Hinterraddifferential 12 und Achswellen 13 angetrieben
werden. Somit wird das zentrale Differential 20 so
betrieben, daß es das Drehmoment des Motors in einem vom
Zähnezahlverhältnis bestimmten Verhältnis verteilt oder
aufteilt.
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Das aufgeteilte Drehmoment wird auf die Vorder- und
Hinterräder durch die nachfolgend beschriebene
Verteilervorrichtung 3a verteilt. Die Differenz zwischen den
Drehzahlen der Vorder- und Hinterräder wird vom
zentralen Differential absorbiert.
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Da bei der vorliegenden Anordnung des Getriebesystems
die statische Belastung auf den vorderen Teil des
Fahrzeugs größer als die auf den hinteren Teil ist, ist das
zentrale Differential 20 so ausgelegt, daß es ein hohes
Drehmoment auf die Vorderräder über das Ringrad 22 mit
einem großen Durchmesser überträgt und ein kleineres
Drehmoment auf die Hinterräder über das Sonnenrad 21 mit
einem kleinen Durchmesser überträgt.
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Im System der vorliegenden Erfindung ist eine
Drehmomentenaufteilungssteuerungsvorrichtung 25 über dem
zentralen Differential 20 vorgesehen. Die
Drehmomentenaufteilungssteuerungsvorrichtung 25 enthält Zahnräder 5 und 6,
eine Überbrückungswelle 26, die an der
Vorderradantriebswelle 7 koaxial befestigt ist, ein an der
Hinterradantriebswelle 11 befestigtes Zahnrad 29 und ein sich
in Eingriff mit dem Zahnrad 29 befindendes Zahnrad 28.
Die Zahnräder 28 und 29 sind so aufgebaut, daß sie ein
Zähnezahlverhältnis besitzen, das ein wenig kleiner als
1 ist. Die Welle 26 ist mit einer Nabe 27a einer
Ölhydraulikkupplung 27 verbunden, und das Zahnrad 28 ist an
einer Trommel 27b der Kupplung 27 befestigt. Die
Kupplung besitzt mehrere jeweils an der Nabe 27a und der
Trommel 27b befestigte Scheiben.
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Die Kupplung 27 ist so angeordnet, daß sie das
Drehmoment von der Seite einer Scheibe mit höherer Drehzahl
auf die Seite einer Scheibe mit niedrigerer Drehzahl
überträgt. Wenn Öl unter Druck aus einer
Hydraulikeinheit 30 der Kupplung 27 zugeführt wird, wird darin ein
Kupplungsmoment erzeugt, wodurch die Kupplung 27
eingreift. Da die Trommel 27b mit einer etwas kleineren
Geschwindigkeit als die Nabe 27a gedreht wird, wird ein
vom Kupplungsmoment abhängiges Drehmoment von der Nabe
27a auf die Trommel 27b und auf die Hinterräder
übertragen. Somit werden die auf die Vorder- und Hinterradan
triebswellen 7 und 11 übertragenen Drehmomente TF und TR
jeweils durch folgende Gleichungen ausgedrückt:
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TF = γ Ti - Tc
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TR = (1 - γ ) Ti + KTC,
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wobei Ti das an das zentrale Differential 20
übermittelte Eingangsdrehmoment, γ das vom zentralen Differential
20 bestimmte Verteilungsverhältnis für die Vorderräder,
K das Zähnezahlverhältnis der Zahnräder 28, 29 und Tc das
Kupplungsmoment ist.
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Wenn dementsprechend das Kupplungsmoment Tc ansteigt,
wird das Verteilungsverhältnis für das Vorderradmoment TF
kleiner als das Verteilungsverhältnis γ. Andererseits
wird das Verteilungsverhältnis des Hinterradmomentes TR
größer als das Verhältnis (1 - γ). Somit kann die
Drehmomentenverteilung kontinuierlich varriert werden.
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An einem Drosselventil 15 des Motors 1 ist ein
Betätigungselement 16 wie z.B. ein Motor zur elektrischen
Betätigung des Drosselventils angebracht.
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Ein elektronisches Regelungssystem besitzt linke und
rechte Vorderraddrehzahlsensoren 40L und 40R, linke und
rechte Hinterraddrehzahlsensoren 41L und 41R, einen
Fahrzeugbeschleunigungssensor 42, einen
Gaspedalpositionssensor 43, einen Drosselklappenpositionssensor 44
und einen Steuerwinkelsensor 45. Der
Fahrzeugbeschleunigungssensor 42 besitzt einen Sensor zur Erfassung der
Geschwindigkeit über dem Boden und erzeugt ein
Fahrzeuggeschwindigkeitssignal in Abhängigkeit von der
Geschwindigkeit über dem Boden. Ein Drehzahlsensor für die
Ausgangswelle 4 des Getriebes 3 kann als
Fahrzeugbeschleunigungssensor verwendet werden.
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Eine Regeleinheit 50, die mit den Ausgangssignalen der
Sensoren 40 bis 45 versorgt wird, erzeugt ein
Ausgangssignal, das der Hydraulikeinheit 30 zugeführt wird, um
den Öldruck zu regeln, der der Ölkupplung 27 und dem
Betätigungselement 16 zugeführt wird, um das
Drosselventil 15 zu steuern.
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Wie Figur 2 zeigt, weist die Regeleinheit 50 einen
Schlupfdetektor 51, eine
Drehmomentenaufteilungssteuereinrichtung 52 und eine Traktionssteuereinrichtung 53
auf.
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Der Schlupfdetektor 51 besitzt einen
Vorderraddrehzahlrechner 54, in den die Drehzahlen NFL und NFR von den
linken und rechten Vorderradsensoren 40L und 40R eingegeben
werden, und einen Hinterraddrehzahlrechner 55, in den
die Drehzahlen NRL und NRR von den linken und rechten
Hinterraddrehzahlsensoren
41L und 41R eingegeben werden.
Die Vorderraddrehzahl NF und die Hinterraddrehzahl NR
erhält man aus den folgenden Gleichungen:
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NF = (NFL + NFR)/2
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NR = (NRL + NRR)/2.
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Die Vorder- und Hinterraddrehzahlen NF und NR werden
entsprechend an einen Vorderradschlupfdetektor 56 und einen
Hinterradschlupfdetektor 57 übermittelt. Der vom
Steuerwinkelsensor 45 erfaßte Steuerwinkel λ wird an eine
Solldrehzahldifferenzerzeugungssektion 61 zur Erzeugung
einer Solldifferenz ΔNS zwischen den Vorder- und
Hinterraddrehzahlen übermittelt. Beim Detektor 56 wird ein
Schlupf der Vorderräder erfaßt, wenn NF-NR> ΔNS ist. Beim
Detektor 57 wird ein Schlupf der Hinterräder erfaßt,
wenn NR-NF> ΔNS ist. Diese Detektoren erzeugen ein
Vorderradschlupfsignal und ein Hinterradschlupfsignal, welche
an die Drehmomentenaufteilungssteuereinrichtung 52
übermittelt werden. Diese Steuereinrichtung 52 erzeugt ein
Kupplungsdrucksteuersignal zur Steuerung der
Hydraulikeinheit 30, um das Drehmoment zwischen den Vorder- und
Hinterrädern aufzuteilen.
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Die Drehzahlen NF und NR werden an einen
Fahrzeugraddrehzahlrechner 58 übermittelt, in dem die
Durchschnittsdrehzahl V der vier Räder wie folgt berechnet wird:
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V = (NF + NR)/2.
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Die Raddrehzahl V wird an den
Fahrzeugradbeschleunigungsrechner 59 übermittelt, der auf der Grundlage von
Gv=dv/dt eine Fahrzeugradbeschleunigung Gv berechnet. Die
Radbeschleunigung Gv wird an einen
Vierradschlupfdetektor
60 übermittelt, an den Signale der
Fahrzeugbeschleunigung G vom Fahrzeugbeschleunigungssensor 42 und
Zweiradschlupf-Signale von den Detektoren 56 und 57 außerdem
übermittelt werden.
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Es wird festgestellt, daß alle vier Räder durchrutschen
oder die Straßenoberfläche greifen, ohne
durchzurutschen, wenn die Zweiradschlupf-Signale von den
Detektoren 56 und 57 nicht erzeugt werden, wobei kein
Unterschied zwischen der Vorderraddrehzahl und der
Hinterraddrehzahl gemacht wird. Dementsprechend erkennt der
Vierradschlupfdetektor 60 den Vierradschlupf bei Fehlen der
Zweiradschlupfsignale. Wie nachfolgend beschrieben wird,
berechnet der Detektor 60 eine Beschleunigungsdifferenz
ΔG zwischen der Radbeschleunigung Gv und der
Fahrzeugbeschleunigung G (wobei Gv > G ist) und vergleicht die
Differenz ΔG mit einem bestimmten Referenzwert ΔGS (> 0).
Es wird festgestellt, daß bei ΔG > ΔGS vier Räder
durchrutschen und bei ΔG < ΔGS vier Räder die
Straßenoberfläche greifen.
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Ein Signal vom Detektor 60 wird an die
Traktionssteuereinrichtung 53 übermittelt. Diese Steuereinrichtung 53
übermittelt ein Steuersignal an das Betätigungselement
16, um das Drosselventil 15 beim Durchrutschen zu
schließen und im griffigen Zustand das Ventil auf eine
Öffnungsstellung entsprechend der niedergedrückten
Stellung des Gaspedals einzustellen.
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Die Funktion des Systems wird nachfolgend beschrieben.
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Wenn der Fahrbereich gewählt ist, wird das
Ausgangsdrehmoment des Motors über den Drehmomentenwandler 2 und das
Getriebe 3 an das zentrale Differential 20 übermittelt,
bei welchem das Drehmoment auf das Ringrad 22 und das
Sonnenrad 21, beispielsweise bei einem Verhältnis von
60:40, in Abhängigkeit von einer statischen Belastung
des Fahrzeugs aufgeteilt wird. Die aufgeteilten
Drehmomente werden auf Vorder- und Hinterradantriebswellen 7
und 11 übertragen. Gleichzeitig werden die Drehmomente
auf die Nabe 27a der Ölkupplung 27 über die Zahnräder 5,
6 und die Welle 26 und auf die Trommel 27b über die
Zahnräder 29 und 28 entsprechend übertragen. Da die
Drehzahl der Trommel 27b durch das Zähnezahlverhältnis
zwischen den Zahnrädern 29 und 28 reduziert ist, wird
das Drehmoment von der Nabe 27a auf der Seite der
höheren Drehzahl auf die Trommel 27b auf der Seite der
niedrigeren Drehzahl übertragen.
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Gemäß Figur 3, in der der Betrieb des Systems
dargestellt ist, werden die Vorderraddrehzahl NF und die
Hinterraddrehzahl NR in den Rechnern 54 und 55 in den
Schritten S1 und S2 berechnet. Die Soll-Vorder- und -
Hinterraddrehzahldifferenz ΔNS erhält man durch ΔNS=f(λ)
in der Sektion 61 (Schritt S3). Die Raddrehzahlen NF und
NR werden mit der Solldifferenz ΔNS in den Detektoren 56
und 57 in den Schritten S4, S5 verglichen. Wenn eine der
Raddrehzahlen NF und NR größer als die andere Raddrehzahl
bei Überschreiten der Differenz ΔNS ist, wird das
Durchrutschen der Vorderräder oder der Hinterräder erkannt
(Schritte S6, S7). Das Schlupfsignal wird an die
Steuereinrichtung 52 übermittelt. Gemäß einer
Drehmomentenaufteilungssteuerroutine wird das
Kupplungsdruckbetätigungssignal an die Hydrauliksteuerungseinheit 30 zur
Steuerung des Kupplungsdrehmomentes in der Kupplung 27
übermittelt (Schritt S8). Falls eine Differenz zwischen
den Vorder- und Hinterraddrehzahlen kleiner als die
Solldifferenz ΔNS ist, fährt das Programm beim Schritt S9
fort.
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Im Schritt S9 wird die Raddrehzahl V iin Rechner 58
berechnet. Im Schritt S10 wird die Radbeschleunigung Gv im
Rechner 59 berechnet.
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Der Detektor 60 berechnet die Differenz ΔG zwischen der
Radbeschleunigung Gv und der Fahrzeugbeschleunigung G
(Schritt S11) und vergleicht die Differenz ΔG mit dem
Referenzwert ΔGS (Schritt S12). Wenn ΔG kleiner als der
Wert ΔG ist, wird das Greifen der vier Räder
festgestellt (Schritt S13). Das Drosselventil 15 wird in
Abhängigkeit vom Niederdrücken des Gaspedals eingestellt.
Wenn ΔG größer als ΔGS ist, rutschen die vier Räder durch
(Schritt 14). Das Schlupfsignal wird an die
Traktionssteuereinrichtung 53 übermittelt. Entsprechend der
Traktionssteuerroutine wird ein Steuersignal an das
Betätigungselement 16 zur Steuerung des Drosselventils 15 in
Abhängigkeit von der Beschleunigung übermittelt (Schritt
S15).
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Wie Figur 4 zu entnehmen ist, in der die
Traktionssteuerroutine dargestellt ist, steigt die Radbeschleunigung
Gv rapide an und überschreitet den Referenzwert ΔGS an
einem Punkt t1, an dem ein Durchrutschen der vier Räder
ermittelt wird. Das Drosselventil 15 wird vom Motor 16
in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der
Traktionssteuereinrichtung 53 geschlossen. Somit wird die Leistung des
Motors reduziert und ein Anstieg der Radbeschleunigung
Gv begrenzt. Die Beschleunigung sinkt unter einen
bestimmten Referenzwert ΔG'S (≤0) an einem Punkt t2, an dem
das Greifen der vier Räder nach dem Durchrutschen der
vier Räder erkannt wird. Somit wird das Drosselventil so
gesteuert, daß es auf seine ursprüngliche
Öffnungsstellung zurückkehrt, und die Radbeschleunigung und die
Leistung des Motors beginnt zu steigen. Diese Routine wird
wiederholt, um ein Durchrutschen der vier Räder zu
verhindern. Somit nähert sich die Radbeschleunigung Gv der
Fahrzeugbeschleunigung G.
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In Figur 4 zeigt eine Kettenlinie Gv das Verhalten der
Radbeschleunigung ohne Traktionsregelung.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird das System
bei der Radbeschleunigung und der Fahrzeugbeschleunigung
zur Erkennung des Durchrutschens der vier Räder
verwendet. Außerdem erkennt das System ein Durchrutschen der
vier Räder unter der Bedingung, daß es keine Differenz
zwischen der Vorderraddrehzahl und der Hinterraddrehzahl
gibt. Dementsprechend wird ein Durchrutschen der vier
Räder exakt erkannt.
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Während das gegenwärtig bevorzugte Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben
worden ist, ist es selbstverständlich, daß diese
Beschreibung zum Zwecke der Darstellung erfolgt ist und daß
verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich sind,
ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen, wie er in den
beiliegenden Ansprüchen enthalten ist.