DE3877520T2 - Schlupferkennungssystem fuer ein vierradgetriebenes kraftfahrzeug. - Google Patents

Schlupferkennungssystem fuer ein vierradgetriebenes kraftfahrzeug.

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der Leser findet einen weiteren Hinweis auf den Stand der Technik in der WO 87/02948, von der Anspruch 1 der vorliegenden Anmeldung ausgeht.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein genaues Schlupferkennungssystem für ein vierradgetriebenes Kraftfahrzeug zu schaffen, um einen Vierradschlupf zu erfassen.
  • 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.
  • 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.
  • Die weiteren Aufgaben und Merkmale dieser Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen verständlich.
  • Figur 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes System;
  • Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Regelungseinheit der vorliegenden Erfindung;
  • Figur 3 ist ein Blockschaltbild, das den Betrieb des Systems zeigt; und
  • Figur 4 enthält Graphen, die Eigenschaften einer Getrieberegelung in Abhängigkeit von der Fahrzeugbeschleunigung und der Drosselventilöffnung zeigen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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:
  • TF = γ Ti - Tc
  • TR = (1 - γ ) Ti + KTC,
  • 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.
  • 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.
  • An einem Drosselventil 15 des Motors 1 ist ein Betätigungselement 16 wie z.B. ein Motor zur elektrischen Betätigung des Drosselventils angebracht.
  • 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.
  • 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.
  • Wie Figur 2 zeigt, weist die Regeleinheit 50 einen Schlupfdetektor 51, eine Drehmomentenaufteilungssteuereinrichtung 52 und eine Traktionssteuereinrichtung 53 auf.
  • 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:
  • NF = (NFL + NFR)/2
  • NR = (NRL + NRR)/2.
  • 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.
  • Die Drehzahlen NF und NR werden an einen Fahrzeugraddrehzahlrechner 58 übermittelt, in dem die Durchschnittsdrehzahl V der vier Räder wie folgt berechnet wird:
  • V = (NF + NR)/2.
  • 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.
  • 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 &Delta;G zwischen der Radbeschleunigung Gv und der Fahrzeugbeschleunigung G (wobei Gv > G ist) und vergleicht die Differenz &Delta;G mit einem bestimmten Referenzwert &Delta;GS (> 0). Es wird festgestellt, daß bei &Delta;G > &Delta;GS vier Räder durchrutschen und bei &Delta;G < &Delta;GS vier Räder die Straßenoberfläche greifen.
  • 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.
  • Die Funktion des Systems wird nachfolgend beschrieben.
  • 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.
  • 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 &Delta;NS erhält man durch &Delta;NS=f(&lambda;) in der Sektion 61 (Schritt S3). Die Raddrehzahlen NF und NR werden mit der Solldifferenz &Delta;NS 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 &Delta;NS 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 &Delta;NS ist, fährt das Programm beim Schritt S9 fort.
  • Im Schritt S9 wird die Raddrehzahl V iin Rechner 58 berechnet. Im Schritt S10 wird die Radbeschleunigung Gv im Rechner 59 berechnet.
  • Der Detektor 60 berechnet die Differenz &Delta;G zwischen der Radbeschleunigung Gv und der Fahrzeugbeschleunigung G (Schritt S11) und vergleicht die Differenz &Delta;G mit dem Referenzwert &Delta;GS (Schritt S12). Wenn &Delta;G kleiner als der Wert &Delta;G ist, wird das Greifen der vier Räder festgestellt (Schritt S13). Das Drosselventil 15 wird in Abhängigkeit vom Niederdrücken des Gaspedals eingestellt. Wenn &Delta;G größer als &Delta;GS 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).
  • Wie Figur 4 zu entnehmen ist, in der die Traktionssteuerroutine dargestellt ist, steigt die Radbeschleunigung Gv rapide an und überschreitet den Referenzwert &Delta;GS 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 &Delta;G'S (&le;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.
  • In Figur 4 zeigt eine Kettenlinie Gv das Verhalten der Radbeschleunigung ohne Traktionsregelung.
  • 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.
  • 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.

Claims (3)

1. Schlupferkennungssystem für ein vierradgetriebenes Kraftfahrzeug mit
einer Vorderraddrehzahlerfassungseinrichtung (40) zur Erfassung der Vorderraddrehzahl und zur Erzeugung eines Vorderraddrehzahlsignals;
einer Hinterraddrehzahlerfassungseinrichtung (41) 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 (60) zur Erkennung der Differenz zwischen der berechneten Radbeschleunigung und der Fahrzeugbeschleunigung bei Abwesenheit des Drehzahldifferenzsignals und zur Erzeugung eines Vierradschlupfsignals, wenn die Beschleunigungsdifferenz größer als ein vorbestimmter Wert ist.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorder- und Hinterrad- drehzahlerfassungseinrichtungen (40, 41) jeweils linke (40L, 41L) und rechte (40R, 41R) Raddrehzahlsensoren und eine Rechnereinrichtung (54) zur Berechnung einer Durchschnittsdrehzahl aus den linken und rechten Raddrehzahlen aufweisen, um einen mittleren Vorder- und Hinterraddrehzahlwert zu erzeugen.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Radbeschleunigungsrechner eine Rechnereinrichtung (58) zur Berechnung der Durchschnittsraddrehzahl der Vorder- und Hinterräder und eine Einrichtung (59) zur Differenzierung der Durchschnittsraddrehzahl aufweist.
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