DE4011333A1

DE4011333A1 - Vorrichtung zum selbsttaetigen sperren eines verteilergetriebes

Info

Publication number: DE4011333A1
Application number: DE19904011333
Authority: DE
Inventors: Bernd Robert Dr Hoehn; Ralf Vorndran
Original assignee: Audi AG; ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: Audi AG; ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1989-04-07
Filing date: 1990-04-07
Publication date: 1990-10-11

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum selbsttätigen Sperren eines Verteilergetriebes nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Eine solche Vorrichtung, in der die Sperre eines Verteilergetriebes in einem Kraftfahrzeug selbsttätig aktiviert wird, ist aus der DE-A 35 45 544 bekannt. Das Fahrzeug, in dem die Vorrichtung zum Sperren des Verteilergetriebes angeordnet ist, hat dabei noch eine an sich bekannte Antriebsschlupfeinrichtung, in der über Bremsmomentregler auf die Radbremsen einer Achse und/oder über ein Drehmomentwandler auf das Leistungsstellglied des Motors Einwirkungen vorgesehen sind. Einem Oder-Glied werden in dieser Schrift die den Bewegungszustand des Fahrzeuges charakterisierenden Größen und die Steuersignale für die Radbremsen und/oder das Leistungsstellglied zugeführt und das Ausgangssignal wirkt als Sperrsignal für das Verteilergetriebe. Die den Bewegungszustand des Fahrzeuges charakterisierenden Daten werden zur Auswertung zusätzlich noch einer elektronischen Einheit zugeleitet. Diese Daten sind neben den Drehzahlen der Antriebsräder noch ein den Lenkwinkel der Vorderräder proportionales Lenkwinkelsignal, das von einem Lenkwinkelsensor kommt. Die in der DE-A 35 45 544 genannte elektronische Einheit ist in der DE-C 35 05 455 näher beschrieben. In ihr werden vorrangig die Drehzahldifferenzen der Vorderräder ausgewertet und mit der aus den Vorderraddrehzahlen abgeleiteten Fahrgeschwindigkeit sowie den Lenkwinkel zugeordneten Grenzwerten verglichen. Beim Überschreiten der Grenzwerte wird ein Ausgangssignal abgegeben, über das die Sperre des Verteilergetriebes aktiviert wird.

Eine solche Einrichtung mag zwar die Sperre des Verteilergetriebes sinnvoll und selbsttätig ein- und ausschalten, der Aufwand, der dazu erforderlich ist, ist jedoch sehr hoch.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Bezug auf Bauaufwand zu vereinfachen, wobei auch noch die Zeit bis zur Ermittlung des Sperrsignals, wie auch die Reaktionszeit bis zum Schließen der Sperrung, kurz sein soll und es sollen auch keine zusätzlichen Sensoren, z. B. für die Ermittlung des Lenkwinkels, erforderlich sein.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen vom Anspruch 1 erfüllt.

Während nach dem Stand der Technik das den Lenkwinkel der Vorderräder proportionale Lenkwinkelsignal, das von dem Lenkwinkelsensor kommt, zur Ermittlung des Sperrsignals in der elektronischen Einheit notwendig ist, kommt die Erfindung mit Informationen, die im Fahrzeug generell zur Verfügung stehen, aus. Allein die geschickte Nutzung der Drehzahlen von den Antriebsrädern und die Verknüpfung der Schlupfwerte s-Ist, s-Soll und s-Grenz sowie die Ermittlung der Achsbeschleunigung von jeweils einer Achse führen in sehr einfacher Weise zum Sperrsignal. Der Rechenaufwand in der elektronischen Getriebesteuerung ist sehr gering, weil vorrangig einfach zu ermittelnde Größen mit in Versuchen ermittelten und in der elektronischen Getriebesteuerung abgelegten Größen miteinander verglichen werden. Über die Verkettung der Gleichungen LW=f (v _F) mit s-Soll=f (LW) zur Gleichung s _Soll=f (v _F) ergeben sich Zusammenhänge, durch die ein Lenkwinkelsensor an dem Lenkrad des Fahrzeuges entbehrlich ist. Die Gesamtreaktionszeit einschließlich der Entstehung des Sperrsignals wird durch die Vorbefüllung der Längssperrkupplung weiter minimiert, wobei die Zu- und Abschaltqualität über eine geeignete Rampe, die von der Größe des Getriebeausgangsmomentes und der momentanen Achsbeschleunigung beeinflußt, gesichert wird.

Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgabenstellung.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Kraftfahrzeuges mit Allradantrieb in Verbindung mit einer elektronischen Getriebesteuerung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung über die Ansteuerung der Längssperrkupplung;

Fig. 3 ein Diagramm des Schlupfes, aufgezeichnet über dem Lenkwinkel LW;

Fig. 4 ein Diagramm des Lenkwinkels, aufgezeichnet über der Fahrzeuggeschwindigkeit v _F;

Fig. 5 ein Diagramm des Schlupfes s, aufgezeichnet über der Fahrzeuggeschwindigkeit v _F;

Fig. 6 ein Diagramm zur Vorbefüllung der Längssperrkupplung;

Fig. 7 ein Diagramm mit der Darstellung des Anfangssperrmomentes;

Fig. 8 ein Diagramm mit der Darstellung der Ein- und Ausschaltrampe;

Fig. 9 einen Ablaufplan.

In dem Blockschaltbild nach Fig. 1 eines Kraftfahrzeug-Allradantriebes in Verbindung mit einer elektronischen Getriebesteuerung ist mit 1 der Antriebsmotor, mit 2 das Schaltgetriebe und mit 3 das Verteilergetriebe bezeichnet. In diesem ist schematisch eine elektronisch-hydraulisch gesteuerte Längssperrkupplung 33 angeordnet. 31 ist der Antrieb für die Vorderachse (VA) 4 mit den Antriebsrädern 41, 42, die über das Vorderachsdifferential 44 und die Halbachsen 43 angetrieben werden. 32 ist der Antrieb für die Hinterachse 5, der über das Hinterachsdifferential 54 und die Halbachsen 53 auf die Antriebsräder 51, 52 der Hinterachse wirkt. Mit n₁ bis n₄ sind die Drahzahlsensoren der Antriebsräder 41, 42; 51, 52 bezeichnet, wobei diese Drehzahlsensoren über die Leitungen 45, 46 und 55, 56 mit der elektronischen Getriebesteuerung 6 verbunden sind. Von der Motronik 7 wird über die Leitung 71 die Motorlast und über die Leitung 72 die Motordrehzahl an das elektronische Getriebesteuergerät 6 übertragen. Ein Steuersignal wird über die Leitung 73 von der Motronik 7 an den Motor zu dessen Beeinflussung geleitet. 8 ist der Lastgeber und 9 der Bremsgeber sowie 10 der Wählhebel, deren Informationen über die Leitungen 81, 91 und 101 an das elektronische Getriebesteuergerät 6 weitergeleitet werden. Zwischen dem Motor 1 und dem Getriebe 2 kann noch ein hydrodynamischer Drehmomentwandler 21 angeordnet sein.

In Fig. 2 ist die Ansteuerung der Längssperrkupplung schematisch dargestellt, wobei die elektronische Getriebesteuerung 6 über die Steuerleitung 61 mit dem elektronischen Drucksteuerventil 62 verbunden ist. Der Vorsteuerdruck, der über die Leitung 66 dem elektronischen Drucksteuerventil 62 zugeleitet wird, wird über dieses, in Abhängigkeit von den Signalen aus der elektronischen Getriebesteuerung 6, in seiner Höhe variiert. Der Hauptdruck 65 wird direkt dem Sicherheitsventil 67 zugeleitet und steuert dieses Ventil gleichzeitig auf Durchfluß. 68 ist das Kupplungsventil für die Längssperrkupplung 33 und wird vom Vorsteuerdruck gesteuert. Die Innenlamellen der Längssperrkupplung 33 sind an der Hohlwelle 35 und die Außenlamellen an dem Außenlamellenträger 36 angeordnet. Mit 37 ist der Druckkolben und mit 38 der Druckraum bezeichnet. Die Längssperrkupplung wird zum Sperren des Hinter- und Vorderradantriebes benutzt, wobei z. B. ein nicht dargestelltes Planetenverteilergetriebe über die Welle 34 am Hohlrad angetrieben wird, während das nicht dargestellte Sonnenrad die Hohlwelle 35 und die Vorderräder 41, 42 antreibt und der Außenlamellenträger 36 mit dem Planetenträger zum Antrieb der Hinterräder 51, 52 vorgesehen ist. In Abhängigkeit vom Signal in der Steuerleitung 61 wird also der Hauptdruck in den Druckraum 38 geleitet, wobei der Kolben 37 den Außenlamellenträger (=Planetenträger) und die Hohlwelle 35 (=Sonnenrad) über die Lamellen blockiert.

Zur Ansteuerung der automatischen Längssperrkupplung 33 über die Steuerleitung 61 werden zunächst in der elektronischen Getriebesteuerung 6 die Raddrehzahlsignale n₁ bis n₄ nach der Formel

als Schlupf zwischen der Vorder- 4 und der Hinterradachse 5 ermittelt. Kriterien, ob die Sperre geschlossen werden soll oder nicht, sind

I. unzulässig hoher Schlupf bzw. Differenzdrehzahlen zwischen der Vorder- 4 und der Hinterradachse 5;
II. eine unzulässig hohe Achsbeschleunigung von einer der beiden Achsen.

Für eine Entscheidung, ob der gerechnete Schlupf eine unzulässige Differenzdrehzahl darstellt oder nicht, soll

|s _Ist - s_Soll| < s _Grenz (2)

als Gleichung 2 gelten.

Der Ist-Schlupf s _Ist soll der Schlupf sein, der momentan nach Gleichung 1 errechnet wurde, unabhängig davon, ob die Sperre offen oder geschlossen war.

Der Soll-Schlupf soll der Schlupf sein, der aufgrund der aktuellen Fahrzeugbewegung, z. B. bei Kurvenfahrt, entsteht und der Grenz-Schlupf soll der Schlupf sein, bei dessen Überschreitung die Längssperrkupplung 33 geschlossen werden soll.

Ziel einer allgemeinen Schlupfberechnung und -erfassung sollte sein, in Abhängigkeit der Parameter Bereifung, Lenkradeinschlag, Fahrzeuggeschwindigkeit v _F, Reibwert μ zwischen der Fahrbahn und den Reifen und der Fahrtrichtung - z. B. nach vorwärts oder rückwärts - nach der Gleichung 2 den Drehzahlunterschied zwischen der Vorder- 4 und der Hinterradachse 5 zu messen, der eine durchdrehende Achse gerade erkennen läßt.

Da für die Erfassung des Soll-Schlupfes nur die Drehzahlsignale n₁ bis n₄, die Fahrzeuggeschwindigkeit v _F sowie die Fahrtrichtungserkennung nach der Wählhebelstellung 10 zur Verfügung stehen ist es notwendig, die Fahrdynamik des Fahrzeuges in Abhängigkeit der vorher aufgezeigten Parameter zu messen und die ermittelten Meßwerte zu der Funktion Soll-Schlupf=f aus Fahrzeuggeschwindigkeit - s _Soll=f (v _F) - zu verknüpfen.

Um diese Funktion so genau wie nur möglich abzubilden, wird diese aus den Gleichungen Soll-Schlupf=f aus dem Lenkwinkel - s _Soll=f (LW) - und dem Lenkwinkel als eine Funktion aus der Fahrzeuggeschwindigkeit - LW=f (v _F) - gebildet.

In der Fig. 3 ist der Soll-Schlupf als Funktion des Lenkwinkels am Lenkrad in Abhängigkeit von verschiedenen Reifen und Reibwerten (μ) dargestellt, wobei in der Ordinatenachse der Schlupf in Prozent aufgetragen ist, der aus der Formel

ermittelt wurde. Die Abszisse ist im Bereich der praktisch möglichen Lenkwinkel am Lenkrad in Grad unterteilt. Zur meßtechnischen Erfassung von s _Soll=f (LW) sollte die Fahrzeuggeschwindigkeit v _F gerade über der kleinsten meßbaren Geschwindigkeit v _Fmin liegen, um ein nahezu seitenkraftfreies Rollen zu gewährleisten. In Abhängigkeit von den Parametern Reibwert und Bereifung wird über Applikationsgeräte direkt die von der elektronischen Getriebesteuerung berechnete Differenzdrehzahl nach Gleichung 2 gemessen und angezeigt. Gemessen wird dabei s _Soll in Lenkwinkelschritten von 90° im Bereich von 0° Lenkwinkel bis zum maximalen Lenkwinkel von z. B. 700°. Diese Messung wird bei Vorwärts- und bei Rückwärtsfahrt gemäß der Wählhebelstellung 10 vorgenommen. Die Kurven in Fig. 3, a), b) und c), sind gemessene Schlupfwerte mit verschiedenen Reibwerten und Bereifungen:

a) = s _Ist bei einer Bereifung von 215/60 und einem Reibwert von μ 0,9,
b) = s _Ist bei einer Bereifung von 195/65 und einem Reibwert von μ 0,6,
c) = s _Ist bei einer Bereifung von 195/65 und einem Reibwert von μ 0,2,

Die Kurve d) ist der Schlupf-Soll-Wert, der aus der Formel

s _Soll = 0,5 · (s _Ist (215/60) μ 0,9)

ermittelt wurde.

Die meßtechnische Erfassung vom Lenkwinkel als eine Funktion aus der Fahrzeuggeschwindigkeit LW=f (v _F) erfolgt unter den gleichen, vorher beschriebenen Parametern, dabei wird der Schlupf s _Ist bei konstantem Lenkwinkel (Lenkradeinschlag) während stetigem Beschleunigen bis zur Kurvengrenzgeschwindigkeit gemessen, bei der die Querbeschleunigung ay ein Maximum erreicht bzw. konstant bleibt. Diese Messung wird ebenfalls bei Vorwärts- und Rückwärtsfahrt durchgeführt.

Es ergeben sich die in Fig. 4 dargestellten Kurven e), f), g):

e) = v _F für Bereifung 215/60 mit Reibwert μ 0,9,
f) = v _F für Bereifung 215/60 mit Reibwert μ 0,6,
g) = v _F für Bereifung 195/65 mit Reibwert μ 0,6.

Durch die Verknüpfung der Funktionen LW=f (v _F) mit der Funktion s _Soll=f (LW) ist indirekt über die Fahrzeuggeschwindigkeit eine Aussage über die zugehörige maximale Differenzdrehzahl bzw. den maximalen Lenkwinkel (LW) möglich.

In Fig. 5 ist über der Fahrzeuggeschwindigkeit in der Abszisse der Schlupf s in Prozent auf der Ordinate aufgetragen. Dieser Schlupf wird ermittelt über die Formel

wobei die Werte n _vm die gemittelte Raddrehzahl an der Vorder- 4 und n _hm die gemittelte Raddrehzahl an der Hinterradachse 5 ist. Die in Fig. 5 gezeigten Kurven h bis l charakterisieren den Grenzschlupf nach der Formel 2, wobei h der Grenzschlupf in Vorwärtsfahrt bedeutet und z. B. der Soll-Schlupf+3% ist. Die Kurve i ist der Grenzschlupf bei der Rückwärtsfahrt und entspricht dem Schlupf s _Soll+9%. Die Kurven k und l beinhalten den Grenzschlupf+dem Soll-Schlupf bei der Vorwärtsfahrt (k) und die Kurve l den Grenzschlupf+dem Soll-Schlupf in der Rückwärtsfahrt. Wesentlich für das Ansprechverhalten der Sperre bei unzulässigem Schlupf ist die Unterscheidung von Vorwärts- und Rückwärtsfahrt. In der Position R liegt s _Soll deutlich höher bei gleicher Geschwindigkeit, was bei Gleichbehandlung eine Verschlechterung im Ansprechverhalten zur Folge hätte. s _Grenz (rechte Seite der Gleichung 2) ist die absolute Schwelle, bei deren Überschreitung die elektronische Getriebesteuerung an die elektro-hydraulische Steuerung im Getriebe, wie bereits beschrieben, den Befehl zum Schließen der Sperre gibt. s _Grenz kennzeichnet die Ungenauigkeit der s _Soll-Erfassung und berücksichtigt damit alle Toleranzen bei der Erfassung der Raddrehzahlen n₁ bis n₄.

Da für die Erfassung des Soll-Schlupfes kein Lenkwinkelsensor zur Verfügung steht und eine Aussage über den Lenkwinkel damit nicht möglich ist, wird aus einem in der elektronischen Getriebesteuerung abgelegten Kennfeld s _Soll=f (v _F) nach Fig. 5 der Soll-Schlupf und gleichzeitig aus einem Kennfeld s _Grenz=f (v _F) der Grenzschlupf ausgelesen.

Die Aufteilung des bei einer bestimmten Geschwindigkeit v _F maximal möglichen Schlupfes s _max, wobei s _max=s _Soll+s _Grenz sein muß, ist beschrieben durch die Gleichung

s _Istmax ist gekennzeichnet durch diejenigen Reifen/Fahrbahn-Reibpaarungen, bei denen für eine bestimmte Geschwindigkeit v _F eine maximale Differenzdrehzahl auftritt (siehe Fig. 3). Bei der Aufteilung gemäß Gleichung 3 ist gewährleistet, daß bei halben Lenkwinkeln eine Symmetrie hinsichtlich der Ansprechschwelle beim Hochlaufen der Vorder- oder der Hinterachsdrehzahl besteht.

Aus der Formel 1 für die Schlupfermittlung ist, wenn nur die Drehzahlen der Vorder- und Hinterradachse betrachtet werden, die nachfolgende Formel 1a ableitbar.

Das Vorzeichen von s ist immer positiv, wenn die Drehzahl der Vorderachse größer ist als die Drehzahl der Hinterachse. Um in dem Vorwärtsfahrzustand mit einem maximalen Lenkradausschlag und einem angenommenen Schlupf von 22% das Schließen der Sperre zu vermeiden, muß der Grenzschlupf größer oder gleich 22% sein. Damit ergibt sich, daß die Längssperre aktiviert wird, sobald die Vorderradachse geringfügig schneller dreht, also der Schlupf geringfügig größer ist als der angenommene Grenzschlupf von 22%. Dreht im gezeigten Zustand die Hinterachse durch, so wird der Wert s _Ist-s _Soll kleiner als 22%, geht durch 0% und steigt dann wieder auf 22% an. Damit wird klar, daß bei dem Zustand das Ansprechen der Sperre bei einem doppelt so großen Schlupf erfolgt, verglichen mit dem Durchdrehen der Vorderradachse. Um diese Situation zu verbessern, wird der halbe Grenzschlupf zum Soll-Schlupf addiert und nur der halbe Grenzschlupf in der Formel 2 zugrunde gelegt, so daß sich ohne Berichtigung die nachfolgend gezeigte Tabelle 1 und mit Berichtigung die Tabelle 2 ergibt.

1. Ohne Soll-Schlupfvorgabe mit idealisierter, linearer Abhängigkeit des Ist-Schlupfes vom LW

2. Mit Schlupf-Vorgabe = 1/2 Grenz-Schlupf und halbiertem Grenz-Schlupf

Zusammenfassend ist der fahrdynamisch stabile Bereich des Fahrzeuges durch die Kennfelder

s _Soll
= f (v _F)
s _Grenz	= f (v _F) bei Vorwärtsfahrt
s _Grenz	= f (v _F) bei Rückwärtsfahrt

in der elektronischen Getriebesteuerung beschrieben.

Ein weiteres Kriterium für das Zuschalten der Sperre ist die Überschreitung einer im Fahrversuch ermittelten und festgelegten Beschleunigungsschwelle ( _Grenz) einer der beiden Achsen. Die Achsbeschleunigung wird in der elektronischen Getriebesteuerung aus dem abgelegten Soll-Schlupf und dem errechneten Ist-Schlupf während einer Zeit Δ t nach der Gleichung

gebildet. Die Bedingung für das Ansprechen ist mit größer _Grenz definiert, wobei _Grenz ein konstanter Wert ist und auch den Betrieb mit Schneeketten und den dabei auftretenden Rad- bzw. Achsbeschleunigungen berücksichtigt.

Zur Verkürzung der Reaktionszeit zwischen der Ausgabe des Signals 61 von der elektronischen Getriebesteuerung 6 an die Steuerhydraulik, die die Sperre schließt, und der Reaktion im Lamellenpaket wird der Kolben der Längssperrkupplung vorher bereits mit Druck beaufschlagt, um das Spiel im Lamellenpaket zu verringern. Der Beginn der Vorbefüllung ist an eine Motordrehzahlschwelle n _MotGrenz gebunden, die über der Leerlaufdrehzahl des Motors n _Motll liegt - siehe Fig. 6 -. Da die Längssperrkupplung umläuft, wird der Vorfülldruck p _Vor als Funktion der Drehzahl bzw. der Fahrzeuggeschwindigkeit v _F gesteuert. Beim Überschreiten von n _MotGrenz wird p _Vor durch eine Schnellfüllung aufgebaut, daher wird für eine Zeit Δ t an die elektrisch-hydraulische Steuerung des Getriebes von der elektronischen Getriebesteuerung 6 ein rechteckiges Steuerstromsignal ausgegeben, das mit entsprechender Verzögerung an der Längssperrkupplung 33 den Druck aufbaut, wie es aus Fig. 6 ersichtlich ist. Ab dem Zeitpukt der Signalabgabe über die Leitung 61 von der elektronischen Getriebesteuerung 6 wird für kurze Zeit, wie schon beschrieben, eine Schnellfüllung erzielt. Diese ist in ihrer Dauer so abgestimmt, daß sehr schnell der Ausgangsdruck und damit das Anfangssperrmoment - Punkt A₁ in Fig. 7 - erreicht wird, von dem aus die eigentliche Modulation der Druckrampe bis zum Synchronpunkt erfolgt. Mit diesem steilen Druckanstieg wird ohne Komforteinbuße im Zeitpunkt des Schlupferkennens der Dynamik der weglaufenden Achse entgegengewirkt - siehe Fig. 7 -. Im Punkt A₁ beginnt die Modulation der Einschaltdruckrampe A, B. Als Steuergrößen werden dazu die momentane Größe des Getriebeausgangsmomentes M _ab bzw. die momentane Achsbeschleunigung benutzt. Die Höhe des zu diesem Zeitpunkt anstehenden Getriebeausgangsmomentes M _ab wird ermittelt aus dem Motorlastsignal sowie der Gangerkennung und verschiebt durch einen additiven Druckanteil die Kennlinie nach oben zu höheren Sperrmomenten hin. Die Kennlinie selbst ist durch Zeit- und Druckstützstellen in ihrem Verlauf p _s=Funktion (t) in der elektronischen Getriebesteuerung abgelegt. Die im Punkt A₁ gemessene Achsbeschleunigung moduliert die Druckrampe in ihrer Steilheit, daher Δ p : Δ t=f (). Der Grenzwert s _Grenz definiert die maximale Steilheit der Rampe - siehe B in Fig. 8 -. Diese Parameter sind so abgestimmt, daß die Synchronisation der Achsen in allen Betriebszuständen im Bereich A abgeschlossen ist. Im Bereich B wird der Haltedruck der Kupplung erreicht - Fig. 8 -. Der zeitliche Verlauf des Sperrdruckaufbaues in den Bereichen A und B ist entscheidend für den Komfort und die Auswirkung auf das Fahrverhalten.

Die Schlupferfassung und die Druckrampensteuerung werden von der elektronischen Getriebesteuerung 6 parallel bedient, unabhängig davon, ob die Sperre offen oder geschlossen ist. Dadurch ist es möglich, in dem Punkt der Abschaltdruckrampe, bei dem erneut Schlupf gemessen wird, die Einschaltdruckrampe ab gleichem Druckniveau wieder hochzufahren. Dabei wird die Schnellfüllung zum Anliegen der Längssperrkupplung 33 unterdrückt. Der Druckabbau vom Haltedruck p _Halt auf den Vorfülldruck p _Vor erfolgt in zwei Phasen, dem Bereich D und dem Bereich E nach Fig. 8. Im Bereich D erfolgt das Öffnen der Sperre bei hohen Reibwerten zwischen Reifen und Fahrbahn. Dieser Gradient ist so abgestimmt, daß es dabei nicht zum sogenannten Entlastungsschlag kommt. Der Bereich E kennzeichnet den Druckbereich, bei dem es zu entsprechenden Reibwertunterschieden zwischen der Vorder- 4 und der Hinterradachse 5 beim Abbau des Sperrmoments zum erneuten Auseinanderlaufen der Achsen, und damit zum erneuten Schließen der Sperre über die beschriebene Einschaltrampe, kommt. Die Abstimmung des Druckgradienten ist abhängig von der Programmlaufzeit und der bei maximalem Abtriebsdrehmoment erzielbaren Achsbeschleunigung. Der Gradient Δ p/ Δ t ist so abgestimmt, daß die Beschleunigung der Achse innerhalb eines Programmdurchlaufes und damit die Differenzdrehzahl zwischen der Vorder- 4 und der Hinterradachse 5 so klein bleibt, daß bei Erhöhung des Druckes, entsprechend der Einschaltdruckrampe, die Schaltarbeit zum erneuten Synchronisieren der Achsen möglichst gering bleibt.

In Fig. 9 ist ein Ablaufplan für das Zu- und Abschalten der Längssperrkupplung 33 dargestellt. Nach der Erfassung der Raddrehzahlen n₁ bis n₄, der Wählhebelposition 10, des Bremslichtschalters (Bremsgeber 9) und der Motordrehzahl über die Leitung 72 bzw. auch der Fahrzeuggeschwindigkeit v _F erfolgt die Abfrage der Parameter, die ein sofortiges - schwarz-weiß - Öffnen der Längssperre bewirken. Diese Parameter sind N oder P aus der Wählhebelstellung 10, der Drosselklappenwinkel 82, z. B. größer 5° aus der Lastgeberstellung 8, und Bremse getreten aus dem Bremsgeber 9 bzw. dem Bremslichtschalter. Nach Abfrage der Motordrehzahl 72 wird bei Überschreiten von n _MotGrenz=800 l/min die Vorbefüllung der Kupplung eingeleitet. Das Öffnen der Sperre über eine Druckrampe erfolgt entweder bei Überschreiten einer Geschwindigkeit von 100 km/h beim Erkennen von Schubbetrieb oder nach Ablauf von 2 s nach Zuschalten der Sperre. Eine Abfrage, ob R oder D eingelegt ist, ermöglicht es, den Grenzschlupf entsprechend der Fahrtrichtung als Funktion der Geschwindigkeit festzulegen. Der Soll-Schlupf wird in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit vorgegeben. Bei noch nicht eingeschalteter Sperre erfolgt die Berechnung des Schlupfes s _Ist und der Schlupfänderung . Nach Abfrage der s- und -Schwellen wird entschieden, ob die Sperre geschlossen wird oder nicht. Die Druckrampe selbst wird durch das anstehende Motormoment und die Achsbeschleunigung - während der Schnellfüllung - moduliert. Nach dem Zuschalten wird eine Zeitstufe gestartet, die nach dem Ablauf von 2 s die Sperre über die Druckrampe öffnet.

Bezugszeichen

  1 Antriebsmotor
  2 Getriebe
21 Drehmomentwandler
  3 Verteilergetriebe
31 Antrieb Vorderachse
32 Antrieb Hinterachse
33 Längssperrkupplung
34 Welle - Antrieb, z. B. Hohlrad
35 Hohlwelle mit Innenlamellenträger zum Sonnenrad - Antrieb Vorderradachse
36 Außenlamellenträger = Planetenträger - Antrieb zur Hinterachse
37 Druckkolben
38 Druckraum
  4 Vorderradachse VA
41 Antriebsrad VR
42 Antriebsrad VL
43 Halbachse
44 Vorderachsdifferential
45 Leitung
46 Leitung
  5 Hinterradachse HA
51 Antriebsrad HR
52 Antriebsrad HL
53 Halbachse
54 Hinterachsdifferential
55 Leitung
56 Leitung
  6 elektronische Getriebesteuerung
61 Steuerleitung
62 elektrisches Drucksteuerventil
65 Hauptdruckleitung
66 Vorsteuerdruckleitung
67 Sicherheitsventil
68 Kupplungsventil
69 Druckleitung
  7 Motronik
71 Leitung Motorlast
72 Leitung Motordrehzahl
73 Steuersignal-Leitung
  8 Lastgeber
81 Leitung
82 Drosselklappenwinkel
  9 Bremsgeber (Bremslichtschalter)
91 Leitung
10 Wählhebel
101 Leitung

Tabelle 1 ohne Soll-Schlupfvorgabe mit idealisierter, linearer Abhängigkeit des Ist-Schlupfes vom Lenkwinkel Tabelle 2 mit Soll-Schlupfvorgabe = halbem und halbiertem Grenzschlupf

a Kurve s _Ist bei Bereifung 215/60, Reibwert 0,9
b Kurve s _Ist bei Bereifung 195/65, Reibwert 0,6
c Kurve s _Ist bei Bereifung 195/65, Reibwert 0,2
d Kurve s _Soll = 0,5 · (s _Ist) 215/60, Reibwert 0,9
e Kurve v _F für 250/60, Reibwert 0,9
f Kurve v _F für 215/60, Reibwert 0,6
g Kurve v _F für 195/65, Reibwert 0,6
h Kurve s _Grenz in D = s _Soll + 3%
i Kurve s _Grenz in R = s _Soll + 9%
k Kurve s _Grenz + s _Soll in D
L Kurve s _Grenz + s _Soll in R
Achsbeschleunigung
n _MotGrenz Motorgrenzdrehzahl
n _Motll Motorleerlaufdrehzahl
p _Vor Vorfülldruck
p _Halt Haltedruck
A₁ Anfangssperrmoment
A erster Bereich der Einschaltrampe
B zweiter Bereich der Einschaltrampe
C Bereich, in dem die Längssperrkupplung geschlossen ist
D erster Bereich der Ausschaltrampe
E zweiter Bereich der Ausschaltrampe
M _ab Getriebeausgangsdrehmoment
s _Ist Ist-Schlupf
s _Soll Soll-Schlupf
s _Grenz Grenz-Schlupf
s _max maximaler Schlupf
n₁ Drehzahlsensor VR/Drehzahlen am VR
n₂ Drehzahlsensor VL/Drehzahlen am VL
n₃ Drehzahlsensor HR/Drehzahlen am HR
n₄ Drehzahlsensor HL/Drehzahlen am HL
M _ab Getriebeausgangsmoment
LW Lenkwinkel
v _F Fahrzeuggeschwindigkeit
v _Fmin Fahrzeuggeschwindigkeit (kleinste meßbar)
f Funktion
m Reibwert
t Zeit

Claims

1. Vorrichtung zum selbsttätigen Sperren eines Verteilergetriebes (3) in einem mit permanentem Allradantrieb (41, 42; 51, 52) ausgerüsteten Kraftfahrzeug, mit Sensoren (n₁ bis n₄, 8, 9, 10) zur Erfassung von den Bewegungszustand des Kraftfahrzeuges charakterisierenden Informationen, die einer elektronischen Einheit (6) zugeleitet werden, wobei diese Informationen in Verbindung mit in der elektronischen Einheit (6) gespeicherten Informationen zu einem Signal, das die Betätigung der Sperre (33) auslöst, verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Achsbeschleunigung () von einer der beiden Antriebsachsen (4, 5) oder der Schlupf (s) bzw. die Differenzdrehzahlen zwischen diesen beiden Achsen in Verbindung mit den in der elektronischen Getriebesteuerung (6) gespeicherten Daten zur Bildung des Sperrsignals (61) in der elektronischen Getriebesteuerung (6) führen und daß dazu nur Informationen dieser elektronischen Getriebesteuerung (6) zugeleitet werden, die in einem modernen Fahrzeug mit ABS und Antriebsschlupfregelung und mit einem elektro-hydraulisch gesteuerten Automatgetriebe zur selbsttätigen Findung eines Ganges und zur automatischen Fahrweise schon zur Verfügung stehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronischen Getriebesteuerung (6) die Raddrehzahlsignale (n₁ bis n₄) aus den Antriebsrädern (41, 42; 51, 52), die Wählhebelposition (10), die Bremsbetätigung (Bremsgeber 9), die Lastvorgabe über das Gaspedal (8) und die Drosselklappe, die Motordrehzahl (Leitung 72), die Motorlast (Leitung 71) aus der Motronik (7) zugeleitet werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ist-Schlupf (s _Ist) aus den Raddrehzahlen (n₁ bis n₄) über die Formel ermittelt wird und das Sperrsignal (61) nach der Überschreitung eines Schlupf-Grenzwertes in der elektronischen Getriebesteuerung (6) gebildet wird und zur Aktivierung der Längssperrkupplung (33) am Verteilergetriebe (3) dieser zugeleitet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlupf-Grenzwert nach der Formel |s _Ist - s_Soll| < s _Grenz (2)errechnet wird, wobei der Schlupf-Sollwert auf Grund der aktuellen Fahrzeugbewegung, z. B. Kurvenfahrt, die sich aus den Drehzahlen der Vorderräder ableiten läßt, ermittelt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlupf-Sollwert (s _Soll) als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit s _Soll = f (v _F)dargestellt wird, die aus den Gleichungens _Soll = f (LW) und
LW = f (v _F)gebildet ist, wobei sowohl s _Soll=f (LW) wie auch LW=f (v _F) meßtechnisch über Fahrversuche ermittelt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreitung einer im Fahrversuch festgelegten Beschleunigungsschwelle ( _Grenz) von einer der beiden Antriebsachsen ein Signal (61) in der elektronischen Getriebesteuerung (6) gebildet und an die elektro-hydraulische Getriebesteuerung zum Schließen der Längssperrkupplung (33) im Verteilergetriebe (3) geleitet wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der elektronischen Getriebesteuerung (6) die Achsbeschleunigung () aus dem abgelegten Soll-Schlupf (s _Soll) und dem errechneten Ist-Schlupf (s _Ist) während einer definierten Zeit Δ t nach der Formel gebildet wird und bei der Bedingung größer _Grenz die Sperre aktiviert wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilergetriebe (3) ein Planetendifferential mit einer Lamellensperrkupplung (33) ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verkürzung der Reaktionszeit die Längssperrkupplung (33) des Verteilergetriebes (3) beim Überschreiten einer Motordrehzahlschwelle (n _MGrenz) vorbefüllt wird und daß der Druck der Vorbefüllung (p _Vor) als Funktion der Drehzahl bzw. der Fahrzeuggeschwindigkeit (v _F) gesteuert wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß beim Überschreiten der Motordrehzahlschwelle (n _MGrenz) für eine Zeit Δ t in einer Schnellfüllung der Vorbefüllungsdruck (p _Vor) über ein Signal aus der elektronischen Getriebesteuerung (6) aufgebaut wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Befüllung der Längssperrkupplung (33) bis zum Haltedruck (p _Halt) über eine Einschaltrampe (A, B) und die Entleerung über eine Ausschaltrampe (D, E) erfolgt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Getriebeausgangsmomentes (M _ab) und die momentane Achsbeschleunigung () als Steuergrößen für die Form der Einschaltrampe (A, B) benutzt wird, wobei das Getriebeausgangsmoment (M _ab) die Kennlinie nach oben verschiebt, die durch Zeit und Druckstützstellen in ihrem Verlauf (p _s=Funktion t) in der elektronischen Getriebesteuerung (6) abgelegt ist und die Druckrampe in ihrer Steilheit von der Achsbeschleunigung () moduliert wird ( Δ p : Δ t=Funktion ).