DE4014863C2 - Steuervorrichtung zur Verteilung des Drehmomentes auf vier Räder - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zur Verteilung des Dreh­ momentes auf alle vier angetriebenen Räder eines Fahrzeuges mit einer vorderen und einer hinteren Antriebsachse und einem Motor nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Fahrzeuge mit Vierrad-Antrieb, die ein Verteilergetriebe im Antriebszug zur Auf­ teilung der Antriebskraft auf eine vordere und hintere Antriebsachse besitzen, sind bekannt. Bei derartigen Fahrzeugen ist das Verteilergetriebe üblicherweise mit zwei oder mehr Ausgangswellen versehen, die durch eine Haupt- oder Eingangswelle angetrieben werden. Die angetriebenen Wellen können als Ausgangs-Antriebswel­ len bezeichnet werden, da sie dazu dienen, die Räder des Fahrzeuges über die An­ triebsachsen anzutreiben. Eine gewisse Differenz in der Drehzahl zwischen den Wellen ist erforderlich, damit unterschiedliche Drehzahlen der Antriebsräder eine Lenkung des Fahrzeuges ermöglichen. Es ist bekannt, diese Ausgangswellen mit Hilfe eines Differentials zu koppeln. Bei einigen Anwendungsfällen wird ein Kegel­ rad-Differential, das das Drehmoment zwischen den Antriebsachsen gleichmäßig aufteilt, im Verteilergetriebe verwendet, um die Vorder- und Hinterachse jederzeit anzutreiben, jedoch eine Relativdrehung zwischen den Achsen zur Anpassung an die Lenkgeometrie zu ermöglichen. Der Einsatz eines Zahnrad-Differentials in einem Antriebszug besitzt jedoch einen schwerwiegenden Nachteil. Wenn sich ir­ gendein Rad des Fahrzeuges auf einer Fläche mit niedriger Traktion bewegt, er­ möglichen die diversen Achs- und Verteilergetriebe-Differential-Anordnungen, dass sich das Rad frei drehen kann. Hierdurch wird jedoch nur wenig Antriebskraft oder Drehmoment den verbleibenden Rädern zugeführt.

Um den Radschlupf auf ein Minimum zu bringen, ist das Verteilergetriebe-Diffe­ rential manchmal mit einem manuell betätigten Blockier- bzw. Überbrückungsme­ chanismus versehen. Ein solcher Mechanismus wird entweder im blockierten oder nicht blockierten Zustand betätigt. Im blockierten Zustand verbindet ein derartiger Mechanismus die Vorderachse mit der Hinterachse und treibt beide Achsen an. Ein solcher Mechanismus ermöglicht jedoch keine Differenzierung zwischen den Dreh­ zahlen der vorderen und hinteren Antriebsachse.

Es sind diverse Systeme vorgeschlagen worden, die ein Fahrzeug automatisch vom Zweirad-Antrieb auf Vierrad-Antrieb schalten. Bei solchen Systemen werden die vorderen und hinteren Antriebsräder miteinander verblockt, wenn Radschlupf er­ fasst wird. Solche Systeme, die selbsttätig zwischen Zweirad- und Vierrad-Antrieb hin und her schalten, besitzen jedoch diverse Nachteile. Als erstes gewähren die Systeme keinen Vierrad-Antrieb über die gesamte Zeit. Die verbesserten Fahrzeug­ handhabungs- und Sicherheitseigenschaften, die mit einem Vollzeit-Vierrad-Antrieb erreichbar sind, können daher mit solchen Systemen nicht erzielt werden. Als zweites fehlt solchen Systemen, die selbsttätig zwischen einem nicht-blockierten oder blockierten Zustand hin und her schalten, die Flexibilität. Wenn das System einmal die vorderen und hinteren Antriebsräder miteinander verblockt hat, kann zwischen diesen Rädern keine Drehzahldifferenz mehr erreicht werden. In vielen Fällen (beispielsweise beim um die Ecke fahren) ist es wünschenswert, Drehmo­ ment von einer Antriebswelle auf die andere zu schalten, während Drehzahlunter­ schiede zwischen den Wellen zugelassen werden. Des weiteren kann in den Fällen, in denen ein Zweirad-Antrieb in Abhängigkeit vom Radschlupf automatisch in einen Vierrad-Antrieb umgewandelt wird, die selbsttätige Blockiereigenschaft be­ wirken, dass die vorher greifenden Räder ihre Traktion verlieren. Somit verbleibt ein Bedarf nach einem System, bei dem Drehmoment zwischen einem Vorderrad- und einem Hinterrad-Antrieb bei etwas weniger als vollständigem Blockieren ge­ schaltet werden kann.

Es gibt auch Systeme, die in Abhängigkeit von einem Lenksensor ein Fahrzeug von Vierrad-Antrieb auf Zweirad-Antrieb umschalten. Solche Systeme arbeiten wie­ derum entweder in einem blockierten oder in einem nicht-blockierten Zustand. Sie gewähren nicht die Vorteile eines Vollzeit-Vierrad-Antriebes. In vielen Fällen, ein­ schließlich bei Kurvenfahrten ist es wünschenswert, die Drehmomentaufteilung zwischen den Vorder- und Hinterrädern zu steuern.

Die DE 34 27 725 A1 offenbart eine Steuervorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, welche umfasst: ein Verteilergetriebe, das mit dem Motor in Verbindung steht, und eine Eingangswelle hat, und zum Verbinden der Eingangs­ welle mit der vorderen und der hinteren Antriebsachse ein Differential aufweist, um auf diese Weise Drehmoment von der Eingangswelle in vorgegebener Weise auf die vordere und die hintere Antriebsachse zu übertragen, eine kontinuierlich veränder­ bare Kupplungseinrichtung, die mit dem Verteilergetriebe verbunden ist und eine elektromagnetisch betätigte Kupplungseinheit mit einer erregbaren Magnetspule aufweist, wobei diese Kupplungseinheit das Eingangsdrehmoment in Abhängigkeit von der Erregung der Magnetspule so im Verteilergetriebe verteilt, dass die Dreh­ momentverteilung von einem Nominalwert, der vom Differential festgelegt wird, auf einen eingestellten Wert geändert wird, und Sensoren zur Ermittlung der Fahr­ zeuggeschwindigkeit und der Drehzahl der vorderen und der hinteren Antriebs­ achse.

Bei dieser vorbekannten Steuervorrichtung wird die Drehzahldifferenz zwischen Vorder- und Hinterachse mit einem Schlupfsollwert verglichen, um die Eingriffs­ kraft der Kupplung so zu steuern, dass dieser Schlupfsollwert zwischen Vorder- und Hinterachse beibehalten wird. Dabei wird der Schlupfsollwert als Funktion des Lenkeinschlages und der Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung zur Verteilung des Drehmomentes auf alle vier angetriebenen Räder eines Fahrzeuges zu schaffen, bei der eine hinsichtlich der Traktionseigenschaften optimale und au­ tomatische Verteilung des Drehmomentes auf die vier Räder des Fahrzeuges erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Steuereinrichtung, die einen Schlupfgeschwindigkeitsollpunkt in Abhängigkeit von der Fahrzeugge­ schwindigkeit ermittelt, um den Schlupfgeschwindigkeitsollpunkt während des Fahrzeugbetriebes zu ändern, eine Rückkopplungsregelschleifeneinrichtung, die die tatsächliche Schlupfgeschwindigkeitdifferenz zwischen der Geschwindigkeit der vorderen Antriebsachse und der Geschwindigkeit der hinteren Antriebsachse ermit­ telt und die tatsächliche Schlupfgeschwindigkeitsdifferenz und den Schlupfge­ schwindigkeitsollpunkt für die gegebene Fahrzeuggeschwindigkeit subtrahiert, um ein Schlupfgeschwindigkeitsfehlersignal zu erzeugen, und einen Schalter, der in Abhängigkeit vom Vorzeichen des Schlupfgeschwindigkeitsfehlersignals zur Kupp­ lungsbetätigung als Steuersignal ein Ein- oder Ausschaltsignal erzeugt.

Erfindungsgemäß ist somit eine Schlupfgeschwindigkeitssollpunktsteuerung vorge­ sehen, die das Verhältnis von Schlupfgeschwindigkeitssollpunkt zur Fahrzeugge­ schwindigkeit in Abhängigkeit von einer Schätzung des Fahrzeugzustandes wie z. B. Reifenschlupfgeschwindigkeit wählt und vorgibt. Die erfindungsgemäß vorgese­ hene Rückkopplungsregelschleifeneinrichtung vergleicht den Schlupfgeschwin­ digkeitssollpunkt mit einem addierten Wert der aktuellen Geschwindigkeitsdiffe­ renz zwischen vorderer und hinterer Antriebsachse und leitet ihren Ausgang an ei­ nen Ein/Aus-Schalter weiter, der ein zyklisches Signal zur Kupplungsbetätigung erzeugt.

Auf diese Weise wird ein ungewöhnlich weicher, automatischer Betrieb des Ver­ teilergetriebes erreicht.

Durch die Erfindung werden die Traktionseigenschaften des Fahrzeuges verbessert. Die erfindungsgemäß ausgebildete Steuervorrichtung arbeitet automatisch, ohne dass ein Eingriff der Bedienungsperson erforderlich ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich aus Patentanspruch 2.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges, bei dem die vorliegende Erfindung Anwendung findet;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Ver­ teilergetriebes dieser Erfindung;

Fig. 3 eine Schnittansicht, die weitere bau­ liche Einzelheiten einer Ausführungsform eines Verteilergetriebes, das für die Erfindung geeignet ist, zeigt;

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht eines Kugelrampenmechanismus, der der erfin­ dungsgemäßen Kupplungseinheit zugeordnet ist;

Fig. 5 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäß ausgebildeten Steuersystems;

Fig. 6 ein Blockdiagramm, in dem die gegen­ wärtig bevorzugte Radschlupf-Detektor- Stufe des Steuersystems im Detail darge­ stellt ist;

Fig. 7 ein Blockdiagramm, in dem ein Teil der gegenwärtig bevorzugten Rechnerstufe des Steuersystems im Detail dargestellt ist;

Fig. 8 ein Blockdiagramm, in dem ein anderer Teil der Rechnerstufe des Steuersystems gezeigt ist;

Fig. 9 eine grafische Darstellung, die für das Verständnis des Betriebes des Steuer­ systems nützlich ist;

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Steuereinheit auf der Basis eines Mikro­ prozessors gemäß einer anderen Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 ein Blockdiagramm eines Fahrzeughandha­ bungsstrategiemoduls und eines Regel­ schleifen-Moduls des Mikroprozessors der Fig. 10;

die Fig. 12 und 13 Vergleichsdiagramme für den simulierten Betrieb einer Steuereinheit für ge­ wünschte Schlupfdrehzahlsollpunkte von 15 und 30 UpM;

Fig. 14 Vergleichsdiagramme von tatsächlichen Kupplungsbefehlssignalen, die durch die Ausführungsform der Fig. 10 bei einem Schlupfdrehzahlsollpunkt von 20 UpM er­ zeugt worden sind; und

Fig. 15 Vergleichsdiagramme von tatsächlichen Kupplungsbefehlssignalen für aufge­ splittete Drehzahlsollpunkte von 50 UpM.

In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche Teile in allen Figuren. In Fig. 1 ist in schematischer Weise ein Fahrzeug 10 mit Vierrad-Antrieb dargestellt, das vordere und hintere Paare von Rädern 12 und 14 besitzt. Die Räder 12 und 14 sind jeweils an einer vorderen und einer hinteren Antriebsachse 16 und 18 montiert. Das Fahrzeug 10 ist des weiteren mit einer Kraftübertragungseinheit ein­ schließlich einer Kraftquelle oder eines Motors 20 ver­ sehen, dessen Ausgangsenergie über ein Getriebe 22 und eine Antriebsübertragungseinheit 24 auf jede Antriebsachse über­ tragen wird. Die Antriebsübertragungseinheit besitzt eine mittige oder zwischen den Achsen angeordnete Differential­ einheit. Der Motor 20 ist mit einem Vergaser 26 mit einem an einer Spindel montierten Ventil 28 versehen, um den Luftein­ laß in den Induktionskanal des Vergasers zu regeln, so daß ein Ansaugkrümmerunterdruck entsteht. Das Fahrzeug kann des weiteren einen Lenkmechanismus 30 umfassen. Der Lenk­ mechanismus 30 besitzt ein Lenkgehäuse 32, das mit einem Lenkrad 34 verbunden ist. Mit Ausnahme des Verteilergetrie­ bes ist die Funktionsweise der anderen Teile des Fahrzeuges bekannt, so daß hier auf keine weiteren Einzelheiten einge­ gangen werden muß.

Wie schematisch in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, sind die Bestandteile der Antriebsübertragungseinheit 24 in einem separaten, ein Strömungsmittel enthaltenden Gehäuse 36 untergebracht und umfassen ein Getriebe 38, eine drehbar ge­ lagerte Eingangsantriebswelle 40, die mit einer Getriebe­ ausgangswelle 41 verbunden ist, zwei drehbar gelagerte Aus­ gangswellen 42 und 44 sowie eine Betätigungseinrichtung 46 in der Form einer elektromagnetischen Kupplungseinheit. Bei der bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Ge­ triebe 38 um eine mittige Differentialeinheit, die ein Pla­ netengetriebe umfaßt. Für die Zwecke dieser Beschreibung bedeuten die Begriff "Differential" und "Differentialein­ heit" eine mechanische Verbindung, die Drehmoment zwischen den Vorderrädern und den Hinterrädern in einem bestimmten Verhältnis, das durch eine gewählte Zahnradanordnung (Gang) festgelegt wird, aufteilen.

Das gegenwärtig bevorzugte Planetengetriebe 38 besitzt drei Sätze von hintereinander gelagerten und relativ zueinander drehbaren Elementen, nämlich ein Rad 48 mit Außenverzahnung, ein Ringrad 50 mit Innenverzahnung und zwei Planetenräder 52 und 52A, die miteinander und mit dem Sonnenrad 48 sowie dem Ringrad 50 kämmen. Die Planetenräder 52 und 52A werden von einem Planetenträger 54 getragen. Je nach der gewünschten Drehmomentübertragung kann einer der drei Sätze von Elemen­ ten mit der Eingangswelle 40 verbunden werden. Bei der dar­ gestellten Ausführungsform dreht sich das Sonnenrad 48 um seine Drehachse und steht mit der Ausgangswelle 44 in Ver­ bindung. Das Ringrad 50 ist um eine Achse drehbar, die im wesentlichen koaxial zur Drehachse des Sonnenrades 48 ver­ läuft und mit der Eingangswelle 40 verbunden. Der Planeten­ träger 54 des Differentials dreht sich um die Drehachse des Sonnenrades und steht mit einem Ende der Ausgangswelle 42 in Verbindung. Durch diese Konstruktion bewirkt eine Drehbewegung irgendeiner Welle eine Drehbewegung der anderen beiden Wellen in einer vorgegebenen aufeinander abgestimmten Be­ ziehung.

Die Ausgangswelle 42 ist relativ zur Eingangswelle 40 koaxial im Gehäuse gelagert. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist das andere Ende der Ausgangswelle 42 mit einer hinteren Diffe­ rentialeinheit 56 verbunden. Die hintere Differentialeinheit 56 steht mit den Hinterrädern 14 über eine Hinterradan­ triebsachseinrichtung IB in Verbindung und treibt die Hin­ terräder 14 an. Die Hinterraddifferentialeinheit 56 ermög­ licht es, daß sich die Hinterräder mit unterschiedlichen Drehzahlen drehen und absorbiert Drehzahlunterschiede zwischen den Rädern.

Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, ist bei der dargestellten Ausführungsform das Sonnenrad 48 der Differentialeinheit 38 an einem Ende einer Hohlwelle 58 angeordnet, die teleskop­ artig drehbar um die Eingangswelle 40 gelagert ist. Eben­ falls auf der Hohlwelle 58 ist ein erstes Kettenrad 60 gela­ gert. Das erste Kettenrad 60 steht über eine geeignete Kraftübertragungs- oder Ketteneinrichtung 64 mit einem zweiten Kettenrad 62 in Verbindung. Das zweite Kettenrad 62 wird von der anderen Ausgangswelle 44 der Differentialein­ heit getragen. Die zweite Ausgangswelle 44 ist mit seit­ lichem Abstand zur Ausgangswelle 42 angeordnet, erstreckt sich parallel zu dieser und ist drehbar im Gehäuse 36 gela­ gert. Wie am besten in Fig. 1 gezeigt ist, steht die zweite Ausgangswelle 44 mit einer vorderen Differentialeinheit 66 in Verbindung. Die vordere Differentialeinheit 66 ist so angeordnet, daß sie die Vorderräder 12 über eine vordere Antriebsachseinrichtung 16 antreibt. Die vordere Differen­ tialeinheit 66 ermöglicht es, daß sich die Vorderräder mit unterschiedlichen Drehzahlen drehen können, und absorbiert die Drehzahldifferenz zwischen den Rädern.

Wie vorstehend erläutert, umfaßt die Kraftübertragungsein­ heit des weiteren eine Kupplungseinheit 46 zum Modulieren der Drehmomentübertragung über das mittig angeordnete Differential. Mit anderen Worten, die Kupplungseinheit er­ höht oder erniedrigt das den Ausgangswellen zugeführte Drehmoment. Bei der bevorzugten Ausführungsform, die in Fig. 3 gezeigt ist, umfaßt die elektromagnetische Kupplungseinheit 46 eine stationäre Magnetspule, die in geeigneter Weise im Gehäuse 36 angeordnet und teilweise von einem Weicheisenrotor 72 umgeben ist. Wie nachfolgend er­ läutert werden wird, wird über geeignete elektrische Lei­ tungen der Magnetspule 70 ein Kupplungsstrom zugeführt, um einen Magnetfluß zu erzeugen. Auf einer Seite ist der Rotor 72 mit einer geeigneten geschlitzten Endfläche 76 versehen. Eine mit der Welle 58 verbundene Verbindungshülse bzw. ein entsprechendes Element 78 ist benachbart zur gegenüberlie­ genden Seite des Rotors 72 vorgesehen. Wie am besten in Fig. 4 gezeigt ist, ist der Rotor 72 über eine Kugelrampen­ kupplung mit der Welle 58 gekoppelt. Die Kugelrampen­ kupplung besitzt eine Reihe von lose beweglichen Verriege­ lungskugeln 80, die in einer Reihe von Taschen angeordnet sind, welche durch konisch geformte Ausnehmungen oder Rampen 82 (Fig. 4) gebildet werden, die sowohl am Rotor 72 als auch an der Verbindungshülse 78 vorgesehen sind. Ein wichtiger Aspekt dieser Vorrichtung ist darin zu sehen, daß die Geometrie der Kugel/Rampen-Einheit des Kupplungs­ mechanismus derart ist, daß die Kupplungseinheit nicht selbsthemmend ist. Dies ist erforderlich, um sicherzustel­ len, daß die Kupplung ohne ein zusätzliches Steuersignal nicht selbst einrückt, und sichert eine zwangsweise Freigabe bzw. Modulationsfähigkeit bei Entfernung des Steuer­ signales oder bei einem reduzierten Signaleingang.

Eine oder mehrere elastische Federn 73 sind vorgesehen, um den Rotor axial in Richtung auf das Verbindungselement oder die Hülse 78 zu drücken. Diese Federn sind zwischen einer radialen Fläche 75 am Rotor 72 und einem Sprengring 77 an der Welle 58 angeordnet. Hierdurch wird der Rotor 72 auto­ matisch so angeordnet, daß er im wesentlichen keine Druck­ kraft auf die Reibkupplung ausübt, wenn die Spule 70 ab­ erregt ist.

Wie man wiederum Fig. 3 entnehmen kann, umfaßt die Kupplungseinheit 46 des weiteren einen in geeigneter Weise geschlitzten Anker oder eine Reibscheibe 84. Diese Scheibe kann mit Ausnehmungen oder Zähnen 86 versehen sein, die antreibend mit komplementären Ausnehmungen oder Zähnen 88 zusammenwirken, welche auf einer Verlängerung 53 des Plane­ tenträgers 52 vorgesehen sind. Die Scheibe 84 kann axial relativ zur Welle 58 verschoben werden und kann mit der ge­ schlitzten Endfläche 76 des Rotors 72 in Reibeingriff tre­ ten. Mit axialem Abstand von der Reibscheibe 84 ist eine ringförmige Stütz- oder Druckplatte 90 vorgesehen, die mit der Welle 58 verbunden ist. Zwischen der Stützplatte 90 und der Reibscheibe 84 befindet sich eine Reihe von ineinander verschachtelten Reibplatten oder Scheiben 92 und 94, die je­ weils der Verlängerung 53 und der Hohlwelle 58 zugeordnet sind.

Im Betrieb kann die Magnetspule 70 anfangs aberregt sein, so daß keine direkte Antriebsverbindung zwischen den Ausgangs­ wellen 42 und 44 existiert. Hierbei wird die Drehmomentauf­ teilung auf jede Antriebsachse durch die Zahnradgeometrie des Planetenradsatzes bestimmt. Wenn ein Kupplungsstrom an die stationäre Spule 70 angelegt wird, wird ein Magnetfluß erzeugt, der bewirkt, daß die Reibscheibe oder der Anker 84 in Richtung auf die Endfläche 76 des Rotors 72 gezogen wird, wodurch eine Reibantriebsverbindung zwischen dem Rotor 72 und der Reibscheibe 84 hergestellt wird. Da die Reibscheibe 84 mit der Ausgangswelle 42 in Verbindung steht, dreht sich diese mit der gleichen Drehzahl. Da der Rotor 72 über den Kettenantrieb und die Welle 58 mit der Ausgangswelle 44 ver­ bunden ist, dreht er sich mit der gleichen Drehzahl wie die Ausgangswelle 44. Wenn zwischen den Ausgangswellen 42 und 44 eine Relativbewegung existent ist, bewirkt eine solche Be­ wegung, daß die Kugeln 80 auf den konisch geformten Aus­ nehmungen 82 nach oben rollen. Hierdurch drückt und bewegt der Kupplungsmechanismus den Rotor 72 und die Reibscheibe 84 in Axialrichtung als Einheit derart, daß die Reibplatten 92 und 94 aufgrund einer Druckkraft oder einer Keilwirkung unter Druck gesetzt werden. Im zusammengepreßten Zustand übertragen die Reibplatten 92 und 94 eine Bewegungskraft zwischen den Ausgangswellen 42 und 44. Hierdurch beauf­ schlagt die Kupplung die sich langsamer drehende Welle der beiden Ausgangswellen mit zusätzlichem Drehmoment und entfernt von der sich schneller drehenden Ausgangswelle Drehmoment. Durch Modulation des Kupplungsstromes kann auf diese Weise die Relativdrehung der Ausgangswellen 42 und 44 moduliert werden. Mit anderen Worten, wenn der Kupplungs­ mechanismus so ausgebildet ist, daß er unter Drehmoment ausrückt, muß der vorläufigen Kupplung zusätzliches Dreh­ moment zugeführt werden, um die erforderliche Axialkraft zum Halten der Reibplatten 92 und 94 in Eingriff erzeugt werden. Dieses Drehmoment wird über die magnetische Kupplungsein­ heit 46 geliefert.

Durch das Niveau des der Magnetspule 70 der Kupplungsein­ heit 46 zugeführten Kupplungsstromes wird das Beaufschlagungsdrehmoment der Kupplungseinheit gesteuert. Mit anderen Worten, eine genaue Steuerung in bezug auf das Beaufschla­ gungsdrehmoment kann erreicht werden, indem man den der Spule 70 zugeführten Kupplungsstrom erhöht oder erniedrigt. Erfindungsgemäß ist ein Steuersystem oder eine Informations­ verarbeitungseinheit 100 (Fig. 1) vorgesehen, um das Niveau des Stromes zu regulieren, der der Kupplungseinheit zuge­ führt wird, und auf diese Weise die Drehmomentbeaufschla­ gung in bezug auf die vordere und hintere Antriebsachsein­ richtung 44 und 42 zu steuern. Allgemein gesagt umfaßt das Steuersystem 100, wie am besten in Fig. 5 dargestellt ist, eine Sensorstufe 101, eine Rechner- oder Steuerstufe 103 und eine Betätigungsstufe 105. Die Sensorstufe 101 des Steuer­ systems besitzt eine Reihe von Sensoren zum überwachen oder Erfassen von verschiedenartigen Fahrzeugbetriebsbedingungen. Die Rechner- oder Steuerstufe 103 des Steuersystems empfängt Eingangssignale von jedem Sensor, die in der Sensorstufe angeordnet sind, und erzeugt ein Ausgangssignal, das als Funktion des zum Verteilergetriebe 24 geführten Gesamtdreh­ momentes errechnet wird. Dieses Ausgangssignal wird der Betätigungsstufe 103 des Steuersystems zugeführt, um das Niveau der Kupplungserregung derart zu steuern, daß hier­ durch die Drehmomentverteilung zwischen der vorderen und hinteren Antriebsachse 44 und 42 eingestellt wird. Unter Berücksichtigung dieser Gesamtbetrachtung werden nunmehr Einzelheiten einer jeden Stufe des Steuersystems erläutert.

Die Sensorstufe 101 des Steuersystems umfaßt eine Vielzahl von Sensoren 102, 104, 106, 108, 110 und 112, die verän­ derliche Fahrzeugbetriebsbedingungen überwachen. Typischer­ weise kann der Sensor 102 so angeordnet sein (Fig. 3), daß er die Drehzahl der Antriebswelle 44 erfaßt, während der Sensor 104 so angeordnet sein kann (Fig. 3), daß er die Drehzahl der Antriebswelle 42 erfaßt. Die Sensoren 102 und 104 können herkömmlich ausgebildet sein, beispielsweise als magnetische Sensoren, die beim Durchgang eines jeden Zahnes eines Zahnrades oder Rotors, der an der entsprechenden Aus­ gangswelle befestigt ist und sich zusammen mit dieser dreht, einen Ausgangsimpuls liefern. Die Frequenz eines jeden Sen­ sorsignales ist proportional zur Drehzahl der entsprechenden Ausgangswelle. Die Sensoren 106 und 108 überwachen die Mo­ torbetriebsbedingungen. Insbesondere erzeugt der Sensor 106 (Fig. 1) ein Signal, das die gegenwärtige Motordrehzahl anzeigt. Der Sensor 108 (Fig. 1) kann ein Potentiometer oder irgendeine andere Vorrichtung zum Erfassen der Last des Motors - wie sie vom Fahrzeuglenker gewählt worden ist - und zum Anlegen eines Ausgangssignales, das diese Last anzeigt, an das Steuersystem sein.

Alternativ dazu können die Sensoren 106 und 108 durch einen echten Drehmomentsensor ersetzt werden. Der Lenkwinkel­ sensor 110 (Fig. 1) überwacht den Lenkwinkel der Vorder­ räder 12 und erzeugt ein Signal, das diesen Zustand anzeigt. Des weiteren kann ein Differential-Öltemperatursensor 112 vorgesehen sein, um die Temperatur des Öles des Differen­ tials und im Strömungsmittelgehäuse 24 zu überwachen und ein Ausgangssignal zu erzeugen, das diese Temperatur wieder­ gibt.

Die Ausgangssignale der Sensoren stellen Eingangssignale für die Steuer- oder Rechnerstufe 103 des Steuersystems dar. Die Rechnerstufe 103 besitzt Einrichtungen zum Empfang der Ein­ gangssignale von den verschiedenen Sensoren und des weiteren eine analoge und/oder digitale elektronische Rechner- und Logik-Schaltung, vorzugsweise auf Mikrocomputer-Basis.

Die Rechner- oder Steuerstufe 103 des Steuersystems besitzt Radschlupferfassungseinrichtungen 116 und Kupplungsdrehmomentbefehlserzeugungseinrichtungen 118. Die Aufgabe der Radschlupferfassungseinrichtungen besteht darin, den Zustand zu erfassen, wenn eines der vier Räder seine Traktion verlo­ ren hat. Die Radschlupferfassungseinrichtungen 116 besitzen Einrichtungen zum Empfang von Signalen, die das Fahrzeugver­ triebsverhalten anzeigen, von den Drehzahlsensoren 102 und 104 der vorderen und hinteren Antriebswelle. Im Betrieb vergleichen die Radschlupferfassungseinrichtungen die Dreh­ zahlen der vorderen und hinteren Antriebswelle miteinander und als Funktion des Lenkwinkels des Fahrzeuges. Wenn die Radschlupferfassungseinrichtungen einen übermäßigen Rad­ schlupf erfassen oder errechnen, wird ein Ausgangs- oder Auslösungssignal über die Leitung 160 den Kupplungsdreh­ zahlbefehlserzeugungseinrichtungen 11B zugeführt. Ein über die Leitung 160 erzeugtes Ausgangssignal zeigt an, daß die Traktion zwischen den Rädern und der Straßenfläche unter­ brochen ist. Zusätzlich zu der Radschlupfanzeige, die über die Leitung 160 empfangen wird, benutzen die Kupplungs­ drehzahlbefehlserzeugungseinrichtungen Motordaten von dem Motordrehzahlsensor 106 und dem Drosselklappenstellungs­ sensor 108. Die Aufgabe der Kupplungsdrehzahlbefehlser­ zeugungseinrichtungen 11B besteht darin, ein zeitabhängiges Steuersignal zu erzeugen, das der Betätigungsstufe 103 des Steuersystems zugeführt wird, um die Erregung der elektro­ magnetischen Kupplung 46 zu steuern oder zu regeln.

Die Radschlupferfassungseinrichtungen 116 sind mit Ein­ richtungen versehen, die in der Lage sind, zu erfassen, wenn ein oder mehrere Räder die Traktion zur Straßenoberfläche verloren haben. Wie dem Fachmann bekannt ist, können solche Einrichtungen verschiedenartige Ausführungsformen besitzen. Die verschiedenen und gegenwärtig bevorzugten Funktionen von solchen Einrichtungen sind in den Blockdiagrammen der Fig. 6 dargestellt. Wie gezeigt, erfassen die Radschlupferfassungseinrichtungen 116 Eingangsdaten von drei Sensoren. Mit anderen Worten, der Drehzahlsensor 102 für die vordere Welle, der Lenkwinkelsensor 110 und der Drehzahlsensor 104 für die hintere Welle geben Eingangssignale entlang den Leitungen 122, 124 und 126 ab und führen diese den Rad­ schlupferfassungseinrichtungen 116 zu. In seiner bevor­ zugten Ausführungsform besitzt der Schlupfdetektor 116 zwei Methoden zur Erfassung des Radschlupfes. Eine dieser Methoden basiert auf der relativen Drehzahl der beiden Aus­ gangswellen 44 und 42. Die andere Methode basiert auf der Beschleunigung der einzelnen Antriebswellen 44 und 42. Um diese Ziele zu erreichen, umfassen die Radschlupferfas­ sungseinrichtungen 116 vier Signalübersetzungsbahnen 128, 130, 132 und 134, die alle zu einer ODER-Schaltung 136 führen. Eine von der ODER-Schaltung 136 von irgendeinem der Signalübersetzungsbahnen empfangene Radschlupfanzeige er­ zeugt ein Ausgangssignal, das den Radschlupf wiedergibt.

Die erste Signalübersetzungsbahn 128 empfängt Eingangssig­ nale von dem Sensor 102 der vorderen Antriebswelle über die Leitung 122. Die Eingangssignale, die die Drehzahl der vor­ deren Antriebswelle anzeigen, werden mit vorgegebenen Werten in einer Vergleichsstufe 13B verglichen. In der Stufe 138 wird das Eingangssignal vom Sensor 102 dazu verwendet, um eine Maximalgrenze für die Drehzahl der hinteren Antriebs­ welle zu erzeugen. Das Ausgangssignal der Stufe 13B wird über die Leitung 140 abgegeben und dient als Eingangssignal für eine weitere Rechnerstufe 142. Um Wellendrehzahldiffe­ renzen zu ermöglichen, die beim um die Ecke Fahren auftre­ ten, wird der Rechnerstufe 142 auch ein anderes Eingangs­ signal über die Leitung 124 zugeführt, das den gegenwärti­ gen Lenkwinkel anzeigt. Die Rechnerstufe 142 erzeugt ein Ausgangssignal, das einen theoretischen Rechenwert darüber darstellt, was die maximale Drehzahl des Hinterrades auf der Basis der gegenwärtigen Drehzahl der vorderen Antriebswelle 44 und des gegenwärtigen Lenkwinkels sein sollte. Das Aus­ gangssignal der Rechnerstufe 142, das anzeigt, wie schnell sich die Hinterräder auf der Basis der überwachten Bedin­ gungen drehen sollten, wird über die Leitung 144 abgegeben und von einer Vergleichsstufe 146 empfangen. Die Vergleichs­ stufe 146 ist ebenfalls über die Leitung 126 an den Dreh­ zahlsensor 104 für die hintere Antriebswelle angeschlossen. Die Eingangssignale von der Rechnerstufe 142 und vom Dreh­ zahlsensor 104 werden in der Vergleichsstufe 146 verarbei­ tet, und es wird eine Entscheidung darüber getroffen, ob sich die Hinterräder mit einer Drehzahl drehen, die Schlupf­ bedingungen anzeigt. Wenn ein Radschlupfzustand erfaßt oder errechnet worden ist, liefert die Vergleichsstufe 146 über die Leitung 148 eine Radschlupfanzeige zur ODER-Schaltung 136 der Radschlupfanzeigeeinrichtungen 116. Es versteht sich, daß die Signalübersetzungsbahn 130 im wesentlichen die gleichen Rechnerstufen besitzt wie die Übersetzungsbahn 12B. Da die Stufen entlang der Bahn 130 im wesentlichen die gleichen sind und im wesentlichen in der gleichen Weise ar­ beiten wie die in der Übersetzungsbahn 128, sind die ent­ sprechenden Stufen mit gleichen Bezugsziffern versehen. Eine obere Drehzahlgrenze für die überwachte Drehzahl der vorde­ ren Welle wird von der zweiten Übersetzungsbahn 130 er­ rechnet und in analoger Weise wie die von der Signalbahn 128 erzeugte Drehzahlgrenze verwendet.

Diese Relativdrehzahlmethode zum Erfassen des Radschlupfes kann aus diversen Gründen genauer arbeiten als die von an­ deren Systemen. Als erstes ist die Schlupferfassungsmethode gegenüber dem Lenkwinkel sensitiv, der Drehzahldifferenzen erzeugt, die keinen Radschlupf erzeugen. Daher kann mit dieser Methode die Quelle der Drehzahldifferenz unterschieden und somit mit engeren Toleranzen gearbeitet werden. Als zweites kann die zulässige Drehzahldifferenz getrennt für das Vorderrad und für das Hinterrad über die Drehzahl ein­ gestellt werden. Als drittes können zulässige Drehzahldiffe­ renzen als Funktion der Fahrzeugdrehzahl programmiert werden, um enge und lose Toleranzen zu erhalten, wie dies von den Antriebsbedingungen gefordert wird.

Die Signalübersetzungsbahnen 132 und 134 stellen ein Be­ schleunigungsverfahren zum Erfassen des Radschlupfes zur Verfügung. Die Signalübersetzungsbahn 132 leitet darüber hinaus ein Eingangssignal vom Drehzahlsensor 102 für die vordere Antriebswelle über die Leitung 122 ab. Die Ein­ gangssignale über die Bahn 132 werden zuerst an einer Differenzierstufe 150 empfangen. Diese Differenzierstufe wandelt diese Eingangssignale in ein Beschleunigungssignal um. Alternativ dazu kann anstelle der Differenzierstufe ein Wellenbeschleunigungssensor verwendet werden. Das Ausgangs­ signal von der Differenzierstufe 150 wird über die Leitung 152 abgegeben und dient als eines von zwei Eingangssignalen für eine Vergleichsstufe 154. Das andere Eingangssignal der Vergleichsstufe 154 wird über die Leitung 156 abgegeben und stellt einen Beschleunigungsgrenzwert für die vordere An­ triebswelle dar. Dieser Beschleunigungsgrenzwert für die vordere Antriebsachse wird in der Vergleichsstufe vorge­ geben, indem ein Wert eingestellt wird, der nicht über­ schritten werden kann, ohne daß die Räder ihre Traktion mit der Straßenoberfläche verlieren. Das Ausgangssignal von der Differenzierstufe 150 und der Beschleunigungsgrenzwert wer­ den in der Vergleichsstufe 154 verarbeitet, und es wird eine Entscheidung getroffen, ob die Beschleunigung der über­ wachten Welle den Grenzwert übersteigt, so daß Schlupfbedin­ gungen angezeigt werden. Wenn ein Radschlupfzustand erfaßt oder errechnet wird, gibt die Vergleichsstufe 154 über die Leitung 15B eine Radschlupfanzeige an die ODER-Schaltung ab. Die Signalübersetzungsbahn 134 besitzt im wesentlichen die gleichen Rechnerstufen wie die Übersetzungsbahn 132. Die Be­ schleunigungsgrenzen und Werte der Bahn 134 werden errechnet und in analoger Weise wie die entlang der Bahn 132 errechne­ ten verwendet. Daher sind die Stufen der Bahn 134 mit ent­ sprechenden Bezugsziffern wie die der Bahn 132 versehen. Wie vorstehend erläutert, löst eine Schlupfanzeige von einer der vier Signalübersetzungsbahnen 128, 130, 132 oder 134 für die ODER-Schaltung 136 ein Ausgangssignal über die Leitung 160 aus, das einen Radschlupf anzeigt.

Fig. 7 ist ein Blockdiagramm, das die Haupt- oder Primär­ stufen der Kupplungsdrehmomentbefehlserzeugungseinrichtungen 118 zeigt. In ihrer gegenwärtigen Form lesen und rechnen die Kupplungsdrehmomentbefehlserzeugungseinrichtungen 118 Ein­ gangssignale von zwei Quellen und erzeugen ein Ausgangssig­ nal über die Leitung 1BO. Eine Eingangsquelle wird durch die Radschlupferfassungseinrichtungen 116 über die Leitung 160 gebildet. Der andere Eingangssensor stellt Motordaten zur Verfügung und ist über die Leitung 162 an die Kupplungsdreh­ momentbefehlserzeugungseinrichtungen geschaltet. Die Ein­ richtungen 118 haben die Aufgabe, ein gewünschtes Kupplungs­ drehmomentniveau zu errechnen oder zu bestimmen und ein Drehmomentbefehl oder Ausgangssignal zu erzeugen, das zu einem speziellen Zeitpunkt das gewünschte Kupplungsdrehmo­ mentniveau wiedergibt.

Die Ableitung einer Radschlupfanzeige wurde vorstehend im Detail erläutert, so daß hierfür keine weiteren Einzelhei­ ten beschrieben werden müssen. Wie bei den Radschlupfanzei­ geeinrichtungen 116 können die Kupplungsdrehmomentbefehls­ erzeugungseinrichtungen 118 mehr als eine Ausführungsform aufweisen. Das Blockdiagramm der Fig. 7 zeigt die verschiedenen Funktionen und Stufen, die die Kupplungsdrehmoment­ befehlserzeugungseinrichtungen 118 aufweisen. Es versteht sich jedoch, daß auch andere Ausführungsformen vorgesehen sein können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Über die Leitung 162 werden den Kupplungsdreh­ momentbefehlserzeugungseinrichtungen 11B Motordaten zuge­ führt. Diese Daten werden von zwei Signalen abgeleitet. Mit anderen Worten, sowohl der Motordrehzahlsensor 106 als auch der Drosselklappenpositionssensor 108 liefern Signale an eine Verarbeitungseinheit 164. Die Verarbeitungseinheit er­ zeugt in bekannter Weise ein Ausgangssignal, das das Motor­ drehmoment wiedergibt. Grundsätzlich besitzen die Kupplungs­ drehmomentbefehlserzeugungseinrichtungen zwei Stufen. Die erste Stufe ist eine Zielstufe 166 für das Drehmoment. Diese Stufe arbeitet in Kombination mit einer Profilerzeugungs­ stufe 168. Die Aufgabe der Zielstufe 166 besteht darin, ein geeignetes Solldrehmomentniveau für die Kupplungseinheit zu bestimmen. Mit anderen Worten, die Zielstufe 166 stellt ein spezielles oder gesteuertes Drehmomentniveau ein, das auf dem Eingangsdrehmoment für das Verteilergetriebe basiert. Die Aufgabe der Profilstufe 168 besteht darin, einen zeit­ abhängigen Drehmomentbefehl zu erzeugen, der über die Lei­ tung 180 der Betätigungsstufe 103 des Steuersystems zuge­ führt wird.

Fig. 8 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionen oder Stufen der Zielstufe 166 zeigt. In ihrer bevorzugten Aus­ führungsform besitzt die Stufe 166 eine erste und eine zweite Rechnerstufe 170 und 172. Eine Vielzahl von Ein­ gangssignalen, die das Motordrehmoment über die Leitung 162, die Motordrehzahl vom Drehzahlsensor 106 über die Leitung 169 und die Drehzahlen der vorderen und hinteren Antriebs­ welle von den Sensoren 102 und 104 über die Leitungen 122 und 126 wiedergeben, wird der ersten Rechnerstufe 170 zugeführt. Wie vorstehend erläutert, werden die Messungen der Motordrehzahl und der Drosselklappenstellung von der Vor­ richtung 164 benutzt, um das Ausgangsdrehmoment des Motors zu errechnen. An der ersten Stufe 170 wird die Messung der Motordrehzahl und der Drehzahlen der Ausgangswelle des Ver­ teilergetriebes dazu verwendet, um das Übersetzungsverhält­ nis für das Getriebe zu errechnen. In dieser ersten Stufe werden das Ausgangsdrehmoment des Motors und das Über­ setzungsverhältnis des Getriebes weiterverarbeitet, um das Gesamteingangsdrehmoment für das Verteilergetriebe zu be­ stimmen. Das Ausgangssignal der Stufe 170 wird über die Leitung 174 abgegeben und gibt das Niveau des gesamten Dreh­ moments wieder, mit dem die Eingangswelle 41 des Verteiler­ getriebes 24 beaufschlagt wird.

Der nächste Schritt besteht darin, ein geeignetes Drehmo­ mentniveau zu ermitteln, das im Falle eines Radschlupfes angelegt wird. Dieser zusätzliche Schritt wird in der zweiten Rechnerstufe 172 der Zielstufe 166 durchgeführt. Die zweite Stufe 172 ist so ausgebildet, daß sie ein Zielniveau oder gesteuertes Maximalniveau für das Drehmoment für die Kupplung als Funktion des Niveaus des Gesamtdrehmoments, mit dem das Verteilergetriebe beaufschlagt wird, einstellt. Es versteht sich, daß das Ziel- bzw. Solldrehmomentniveausignal geringer sein kann als das, das zum vollständigen Blockieren der Kupplung erforderlich ist. Das Ausgangssignal der zwei­ ten Stufe 170 wird von der Zielstufe 166 über die Leitung 178 abgegeben.

Wie Fig. 7 zeigt, wird das Ausgangssignal der Zielstufe 166 über die Leitung 17B abgegeben und dient als ein Eingangs­ signal für die Profilerzeugungsstufe 168. Diese Profiler­ zeugungsstufe 168 spricht auf zwei Eingangssignale an. Das andere Eingangssignal der Stufe 168 wird über die Leitung 160 von den Radschlupfanzeigeeinrichtungen 116 empfangen. Wenn eine Radschlupfanzeige von den Radschlupfanzeigeein­ richtungen 116 erzeugt wird, betrachtet die Profilerzeu­ gungsstufe 168 dann die Solldrehmomentstufe 166, um das Drehmomentniveau, das an die Kupplung angelegt werden soll, zu ermitteln.

Fig. 9 zeigt in schematischer Weise das von der Profiler­ zeugungsstufe 16B erzeugte Ausgangssignal. Wie vorstehend erläutert, wird in dem Moment, in dem die Radschlupfanzeige­ einrichtungen einen Radschlupf ermitteln, ein Auslösesignal erzeugt und über die Leitung 160 der Profilerzeugungsstufe 168 zugeführt. Die Profilerzeugungsstufe 168 erzeugt einen Kupplungsdrehmomentbefehl, der bewirkt, daß das Kupplungs­ drehmoment auf ein maximales Solldrehmomentniveau ansteigt, das von der Sollstufe 166 ermittelt worden ist. Wie sche­ matisch in Fig. 9 dargestellt ist, steigt der Kupplungs­ drehmomentbefehl über eine vorgegebene Zeitdauer, die als "Anstiegsdauer"-Phase bezeichnet wird, an. Die Profiler­ zeugungsstufe initiiert dann eine "Sollhalte"-Phase, während der der Kupplungsdrehmomentbefehl auf einem im wesentlichen konstanten Sollniveau über eine vorgegebene "Sollhalte"- Periode oder -Phase gehalten wird. Beim Ablauf der "Soll­ halte"-Phase reduziert die Profilerzeugungsstufe stetig das Niveau des Kupplungsdrehmomentbefehles auf dessen Anfangs­ einstellung über eine vorgegebene Zeitdauer, die als "Rück­ führzeit"-Phase bezeichnet wird. Die Dauer von jeder der vorstehend beschriebenen Phasen kann individuell vorein­ gestellt werden.

Während der "Anstiegszeit"-Phase kann die Profilerzeugungs­ stufe kontinuierliche oder wiederholte Radschlupfanzeigen von den Radschlupfanzeigeeinrichtungen empfangen. Mit anderen Worten, die Radschlupfanzeigeeinrichtungen 116 blei­ ben aktiv und können an jedem beliebigen Punkt im Kupplungs­ anlegezyklus einen Radschlupf anzeigen. Die Profilerzeu­ gungsstufe ignoriert jedoch solche Anzeigen von den Rad­ schlupfanzeigeeinrichtungen während der "Anstiegszeit"-Phase und ignoriert derartige Anzeigen weiterhin für eine vor­ gegebene "Aussperr"-Periode. Nach Beendigung der "Aussperr"- Periode spricht die Profilerzeugungsstufe wieder auf Rad­ schlupfanzeigen an, indem sie ein neues Drehmomentsoll akzeptiert und zur "Anstiegszeit"-Phase zurückkehrt, bis das neue Solldrehmomentniveau erreicht ist. Wie vorstehend er­ läutert, können die "Sollhalte"- und "Rückführzeit"-Phasen durch jede beliebige Zahl von nachfolgenden Wiederauslöse­ bedingungen unterbrochen werden.

Wie Fig. 7 zeigt, wird das Ausgangssignal der Kupplungs­ drehmomentbefehlserzeugungseinrichtungen 11B über die Lei­ tung 180 der Betätigungsstufe 103 des Steuersystems zuge­ führt. Die Betätigungsstufe 103 kann Kupplungsantriebsein­ richtungen einschließlich einer Strombemessungseinrichtung 182 aufweisen. Die Vorrichtung 182 empfängt Eingangssignale von den Drehmomentbefehlerzeugungseinrichtungen 118 und übersetzt diese Kupplungsdrehmomentbefehle auf ein Strom­ niveau, das dem Niveau entspricht, das zum Aufbau des Kupplungsdrehmomentniveaus erforderlich ist, welches von den Drehmomentbefehlerzeugungseinrichtungen 118 vorgegeben ist. Die Einrichtung 182 legt den richtigen Strom über die Lei­ tung 184 an den elektromagnetischen Erreger 70 an, um zwischen den Reibelementen der Kupplungseinheit ein Drehmo­ mentniveau zu erzeugen, das von den Kupplungsdrehmomentbe­ fehlserzeugungseinrichtungen 118 gefordert wird. Die Ein­ richtung 182 kann die Form eines Pulsbreitenmodulators be­ sitzen. Sie kann ferner Eingangssignale über die Leitung 186 vom Temperatursensor 112 empfangen. Hierdurch kann das Niveau des an die Kupplung angelegten Stromes als Funktion der Betriebsmitteltemperatur des Verteilergetriebes und von vorgegebenen Kupplungseigenschaften reguliert werden, um auf diese Weise unabhängig von der Temperatur das anbefohlene Kupplungsdrehmoment zu erzeugen.

Im Betrieb werden Drehzahlsignale, die die Antriebswellen­ zahlen wiedergeben, von den Sensoren 102 und 104 abgeleitet. Diese Signale zusammen mit Signalen, die andere gegenwärtige Fahrzeugeigenschaften wiedergeben, werden als Eingangssig­ nale der Rechner- oder Befehlsstufe 103 des Steuersystems 100 zugeführt. Die Ausgangssignale von den Sensoren 102, 104 und 110 werden an die Radschlupferfassungseinrichtungen der Befehlsstufe 103 angelegt und werden gleichzeitig über die Signalübersetzungsbahnen 12B, 130, 132 und 134 verarbeitet. Eine Schlupfanzeige, die von einer der Signalübersetzungs­ bahnen erzeugt worden ist, bewirkt, daß die ODER-Schaltung 136 ein Ausgangssignal über die Leitung 160 bewirkt. Dieses Signal ist ein zweipegeliges Ausgangssignal, das das Vor­ handensein oder die Abwesenheit eines übermäßigen Rad­ schlupfes anzeigt.

Das Ausgangssignal der Radschlupferfassungseinrichtungen 116 wird von den Kupplungsdrehmomentbefehlserzeugungsein­ richtungen 118 empfangen. Die Einrichtungen 118 errechnen einen speziellen oder zeitabhängigen Drehmomentbefehl, der das Einrücken der Kupplung steuert. Auf diese Weise wirkt das von der Kupplungseinheit 46 angelegte Drehmoment in Ab­ hängigkeit von den gegenwärtigen Fahrzeugbedingungen und den Forderungen des Fahrzeuglenkers.

Wie in Fig. 7 gezeigt, empfängt die Betätigungsstufe 103 des Steuersystems Befehle von den Kupplungsdrehmomentbe­ fehlserzeugungseinrichtungen 118, übersetzt diese Befehle in elektrischen Strom und legt ein errechnetes Stromniveau über die Leitung 184 an den elektromagnetischen Erreger 70 an, wodurch die Spule 70 über eine vorgegebene Zeitdauer erregt wird. Danach fällt der Kupplungsstrom ab, während das Steuersystem in konstanter Weise weiterhin das Fahrzeug­ vertriebsverhalten und die Befehle des Fahrzeuglenkers über­ wacht. Falls gewünscht, kann das Ausgangssignal der Betä­ tigungsstufe 103 so modifiziert werden, daß die Betätigung der Kupplung als Funktion der Öltemperatur des Differentials gesteuert wird.

Gemäß der in den Fig. 10 und 11 gezeigten Ausführungsform der Erfindung besitzt diese eine Allradantrieb-Steuereinheit 200. Die Steuereinheit 200 arbeitet auf der Basis eines Mikroprozessors und besitzt einen Mikrocomputer 202 (Typ Motorola Model Nr. 68HC11). Der Mikrocomputer 202 besitzt auf einem Chip einen Analog/Digital-Wandler 204 zur Umwand­ lung der Fahrzeugbetriebsbedingungen, beispielsweise der Drosselklappenposition, der Lenkradposition und der Öltem­ peraturbedingungen im Verteilergetriebe, von einem Analog- Signal in ein Digitalsignal zum nachfolgend beschriebenen Programmieren.

Ferner weist der Mikrocomputer 202 einen internen Timer 206 mit drei Eingängen und vier Ausgängen auf. Der Mikrocompu­ ter 202 besitzt ferner eine Vielzahl von Digitaleingängen 208. Er arbeitet im aufgeweiteten Busbetrieb und besitzt einen äußeren Bus 210, der mit einem 32 Kbyte EPROM 212 kombiniert ist; einen 4 Kbyte EPROM 214 sowie einen 2 Kbyte RAM 216, der als Arbeitsraum zur Durchführung der Programmfunktionen der Allradantrieb-Steuereinheit 200 ver­ wendet wird.

Eine Drehzahlsensorschnittstelle 218 ist für die Signale der Motordrehzahl, der Drehzahl der vorderen Welle und der Dreh­ zahl der hinteren Welle vorgesehen. Die Drehzahlsensor­ schnittstelle 218 besitzt eine geeignete Logik, um eine Digital-Wellenform zu erzeugen, deren Periode durch einen internen Timer des Mikrocomputers 202 gemessen wird. Das Signal kann durch Digitalfiltern, vorgesehen in der Software für den Mikrocomputer 202, weiter erhöht werden.

Eine Potentiometerschnittstelle 220 empfängt Signale vom Drosselklappenpositions- und Lenkradpotentiometer. Die Schnittstelle 220 beliefert die Signalpotentiometer der Drosselklappen- und Lenkradposition mit einer Spannungs­ quelle und konditioniert das Ausgangssignal von beiden Potentiometern durch einen geeigneten Filtervorgang über einen Pufferverstärker (nicht gezeigt), der einen Ausgang besitzt, der direkt mit dem Analog/Digital-Wandler-Eingang 204 des Mikrocomputers 202 gekoppelt ist. Ein Brems­ schaltersignalmodul 222 ist über geeignete Filter- und Digital-Logikeinrichtungen mit einem der Digitaleingänge 208 des Mikrocomputers 202 kombiniert. Ein Öltemperatursignal wird an einer Thermistor-Schnittstelle 224 verarbeitet, um einen kontinuierlich abgetasteten Temperaturbetriebszustand zur Verfügung zu stellen, damit die Mikrocomputer-Basis­ steuerung 202 einer Kupplungsantriebsschaltung 226, die mit dem äußeren Bus 210 des Mikrocomputers 202 über einen Digi­ tal/Analog-Wandler 228 gekoppelt ist, übergangen werden kann.

Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung ist es ledig­ lich erforderlich zu verstehen, daß es sich bei der Kupplungsantriebsschaltung 226 um eine stromabtastende ge­ schlossene Schleife handelt. Der Mikrocomputer 202 erzeugt ein Kupplungsbefehlssignal, das eine elektromagnetisch betätigte Kupplung des vorstehend beschriebenen Typs steuert, um auf diese Weise die Schlupfdrehzahl zwischen der Dreh­ zahl der vorderen Welle und der Drehzahl der hinteren Welle zu steuern und damit eine Regelung der Drehmomentaufteilung vorzusehen, so daß eine optimierte Fahrzeugantriebsstrate­ gie erreicht wird. Der vom Mikroprozessor angeforderte Be­ fehlsstrom wird dazu verwendet, um eine Spannung über den Digital/Analog-Wandler 228 einzustellen. Diese Spannung wird mit einer Spannung über einem Stromabtastwiderstand (nicht gezeigt) verglichen. Das Vergleichsergebnis wird dann zum Steuern von Schaltvorrichtungen verwendet, die den tat­ sächlichen Erregungsstrom der Magnetspule der Kupplung zu­ führen.

Der Mikrocomputer 202 umfaßt des weiteren eine Schnitt­ stellenplatine 230, die serielle Anschlüsse und eine diagnostische Ausrüstung einschließlich diagnostischer Software miteinander koppelt.

Der Betrieb des Mikrocomputers 202 wird durch Software gesteuert, die schematisch in Fig. 11 dargestellt ist und einen Fahrzeughandhabungsstrategie-Steuermodul 230 sowie einen Regelschleifenmodul 232 aufweist. Der Fahrzeughand­ habungsstrategiemodul 230 empfängt die Fahrzeugbetriebs­ signale und kann Ausgangssignale erzeugen, die das Gesamt­ betriebsverhalten des Fahrzeuges wiedergeben.

Der Regelschleifenmodul 232 empfängt Befehlssignale vom Fahrzeughandhabungsstrategiemodul 230 und kann den Betrieb der elektromagnetisch betätigten Kupplung glätten, so daß in Abhängigkeit von verschiedenartigen Fahrzeugbetriebsbedin­ gungen die Drehmomentaufteilung zwischen der vorderen und hinteren Antriebswelle des Fahrzeuges kontinuierlich einge­ stellt werden kann, um den Betrieb des Verteilergetriebes oder der Antriebsübertragungseinheit 24 zu glätten und abrupte Änderungen im Niveau der Drehmomentübertragung dazwischen zu verhindern, so daß der Fahrzeuglenker diese Änderungen nicht bemerkt.

Es wird nunmehr speziell auf den Fahrzeughandhabungs­ strategiemodul 230 Bezug genommen. Der Modul erzeugt ein gewünschtes Schlupfgeschwindigkeitssollpunktsignal für die verschiedenen angegebenen Betriebsbedingungen, die im Mikrocomputer 202 von der Sensoranordnung für den Fahrzeug­ betriebszustand zugeführt werden.

Die grundlegenden Richtlinien zur Erstellung eines Betriebs­ programmes des Fahrzeughandhabungsstragiemoduls können eine oder mehrere der nachfolgenden Betrachtungen umfassen.

Die Fahrzeugstabilität kann aufrechterhalten werden, indem beim Anstieg der Fahrzeuggeschwindigkeit mehr Drehmo­ ment auf die Vorderachse verteilt wird. Das Kupplungsdreh­ moment kann in Abhängigkeit von Änderungen des Motordreh­ moments verändert werden. Der Schlupfdrehzahlsollpunkt, der vom Fahrzeughandhabungsstrategiemodul 230 erzeugt wird, kann Unterschiede aufgrund der um die Ecke Fahreigenschaften des Fahrzeuges kompensieren. Spezielle Vorgänge können für Bremsen und eine fehlersichere Betriebsweise eingebaut werden, falls gewünscht.

Die übliche Richtungsstabilitätsgrenze nimmt ab, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt. Daher sollte der Schlupf­ drehzahlsollpunkt, der vom Fahrzeughandhabungsstrategiemodul 230 erzeugt wird, mit einem Vorschubdrehmomentsignal koor­ diniert werden, um eine gewünschte Drehmomentverteilung als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit vorzusehen.

Gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Erfindung wird ein Vorschubdrehmomentsignal vom Fahrzeughandhabungsstra­ tegiemodul 230 vorgesehen, um das Kupplungsdrehmoment un­ mittelbar zu beeinflussen, während der Schlupfdrehzahlsoll­ punkt aus den Fahrzeugeigenschaften, wie beispielsweise der Straßendrehmoment-Reifenschlupfdrehzahleigenschaften eines bestimmten Fahrzeuges, geschätzt wird.

Üblicherweise wird das Vorschubsignal durch Analysieren der Eingangssignale und Erzeugen einer konservativen Annäherung des Kupplungsdrehmomentes gewonnen, das zur Aufrechterhal­ tung einer gewünschten Drehmomentverteilung, die durch eine ausgewählte Fahrzeughandhabungsstrategie festgelegt wird, erforderlich ist. Die Aufgabe eines derartigen Vorschubsig­ nales besteht darin, bleibende Abweichungen im Regelschlei­ fenmodul 232 herabzusetzen und ein dynamisches Signal zu erzeugen, um Störungen im Regelschleifenmodul 232 zu kom­ pensieren. Beispielsweise kann das Vorschubdrehmomentsignal vom Fahrzeughandhabungsstrategiemodul 230 derart ausgewählt werden, daß es auf ein Ansteigen des Motordrehmomentes an­ spricht und ein Kupplungssteuersignal derart erhöht, daß eine gewünschte Drehmomentverteilung zwischen der Vorder­ achse und Hinterachse eines Fahrzeuges aufrechterhalten wird. Das Vorschubdrehmomentsignal wird in den Speicher des Mikrocomputers eingegeben und später mit dem Ausgangssignal eines Kontrollgesetzes summiert, das auf der Basis eines Bang-Bang-Algorithmus (2 Punkt-Algorithmus) arbeitet, um den Durchschnittswert des Kupplungsdrehmomentes nach oben oder unten zu bewegen und damit Systemstörungen zu kompensieren. Alternativ dazu kann das Ausgangssignal des Kontrollge­ setzes gemäß einem Kontrollgesetz auf der Basis einer Puls­ breitenmodulation basierend auf dem Rückkopplungssignal oder einem Kontrollgesetz auf der Basis einer proportionalen integrierten Differentation des Rückkopplungssignales erzeugt werden.

Der vom Fahrzeughandhabungsstrategiemodul 230 bestimmte Schlupfdrehzahlsollpunkt stellt für den Regelschleifenmodul 232 ein Befehlssignal dar. Dieser Sollpunkt wird mit einem tatsächlichen, vom Fahrzeug erzeugten Schlupfdrehzahlsignal verglichen. Bei der Differenz zwischen dem Befehlswert und dem tatsächlichen Schlupfdrehzahlwert handelt es sich um ein Schlupfdrehzahlfehlersignal, das vom Mikrocomputer 202 in der noch zu beschreibenden Art und Weise verarbeitet wird, um für die Kupplungsantriebsschaltung 226 ein Signal zu er­ zeugen. Bei dem Fehlersignal handelt es sich um ein niedrig­ pegeliges Signal, das den von der Kupplungsantriebsschaltung 226 angelegten Spulenstrom festlegt, um das Kupplungsdrehmo­ ment entweder zu erhöhen oder zu erniedrigen und auf diese Weise den gewünschten Schlupfdrehzahlsollpunkt zu treffen.

In Fig. 11 ist ein Diagramm einer Funktion 234 gezeigt. Diese Funktion wird in den Mikrocomputer 202 eingegeben und analysiert ein Fahrzeugdrehzahlsignal und erzeugt ein ge­ wünschtes Schlupfdrehzahlsollpunktausgangssignal vom Modul 230, wie auf der Funktionserzeugungskurve 234 dargestellt ist. Bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten ist der Schlupfdrehzahlsollpunkt konstant. Wenn die Fahrzeugge­ schwindigkeit ansteigt, steigt der Schlupfdrehzahlsollpunkt in der dargestellten Weise an. Der lineare Abschnitt der Kurve zeigt an, daß es sich bei dem Sollpunkt um einen konstanten Prozentsatz der Fahrzeuggeschwindigkeit handelt. Eine solche Funktion führt zu einer gewünschten festgeleg­ ten Drehmomentverteilung zwischen der vorderen und hinteren Antriebswelle während einer derartigen Fahrzeuggeschwindig­ keit. Wenn die Steigung der Kurve 234 abnimmt, nimmt der Prozentsatz der Schlupfdrehzahl ab, so daß auf diese Weise die Drehmomentverteilung von der Hinterachse zur Vorderachse des Fahrzeuges bewegt wird. Die von der Kurve 234 verkör­ perte Transferfunktion ist beispielhaft für Funktionen, die in den Mikrocomputer 202 eingegeben werden können, welcher danach eine Analyse der Fahrzeugbetriebsbedingungen erzeugen kann, um einen gewünschten Schlupfdrehzahlsollpunkt vorzu­ sehen, der mit dem Vorschubsignal koordiniert werden kann, um beispielsweise eine gewünschte Drehmomentverteilung als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit zu erreichen. Die Fahr­ zeughandhabungsstrategie kann des weiteren zusätzliche Funk­ tionen umfassen, die spezielle Zustandsbefehle sowie Aus­ fallsicherungssignale für den Regelschleifenmodul 232 vor­ sehen. Beispielsweise zeigt eine Analyse in bezug auf die Stabilität des Fahrzeuges mit Vierradantrieb an, daß sich ein offenes Differential minimal auf einen normalen Brems­ vorgang oder einen ABS-Betrieb auswirkt. Somit kann der Fahrzeughandhabungsstrategiemodul 230 Grenzen besitzen, innerhalb von denen die Spule einer elektromagnetisch betätigten Kupplungseinheit jedesmal dann aberregt wird, wenn die Bremsen betätigt werden.

Ein Ausfallsicherungszustand für Regelsysteme des vor­ stehend beschriebenen Typs ist ebenfalls ein offenes Differential, bei dem die Spule der Kupplung aberregt ist. Wenn irgendein Ausfall von einer elektronischen Komponente auftritt, kann der Modul 230 mit einer Funktion versehen werden, die ein einen solchen Ausfall reflektierendes Sig­ nal erfaßt und ein Sollpunktsignal erzeugt, das die elektro­ magnetische Kupplung aberregt, um das Drehmoment zwischen der Vorderachse und Hinterachse zu verteilen und auf diese Weise das Differential zu öffnen und eine nominelle Dreh­ momentverteilung zwischen der Vorder- und Hinterachse vor­ zusehen.

Des weiteren kann die Programmierung des Moduls 230 diverse Eigentestvorgänge zur Fehlerentdeckung einschließen. Eine solche Programmsequenz erfordert einen Test, der anzeigt, daß jeder Komponententeil des Mikrocomputers der Steuer­ einheit 200 mit Energie versorgt wird, wenn die Zündung des Fahrzeuges eingeschaltet wird. Die Programmsequenz kann ferner einen Schritt enthalten, gemäß dem ein Realzeittest durchgeführt wird, der periodisch während des Betriebes der Steuereinheit 200 realisiert wird. Schließlich kann der Mikrocomputer 202 einen Programmschritt enthalten, bei dem jede Komponente getestet wird, um eine komplette Überprüfung des Systems vor dessen Betrieb zu erzielen.

Es wird nunmehr speziell auf den Regelschleifenmodul 232 Bezug genommen. Die gemessene Drehzahl der vorderen Welle und die gemessene Drehzahl der hinteren Welle werden im Speicher des Computers gespeichert und einem Summierglied 236 zugeführt. Das Summierglied 236 erzeugt ein Drehzahl­ differenzsignal oder ein tatsächliches Schlupfdrehzahlsig­ nal, das im Computerspeicher gespeichert werden kann. Das tatsächliche Schlupfdrehzahlsignal und das gewünschte Soll­ punktsignal werden vom Speicher entnommen und einem Sum­ mierglied 238 zugeführt, um ein Schlupfdrehzahlfehlersignal zu erzeugen. Wenn die tatsächliche Schlupfdrehzahl den Soll­ punktwert (Fehler ist negativ) übersteigt, erzeugt der Mikrocomputer 202 ein maximales Ausgangssignal für die Kupplungsantriebsschaltung 226. Ein positives Fehlersignal bewirkt ein Minimalwertsignal, das der Kupplungsantriebs­ schaltung 226 zugeführt wird.

Genauer gesagt, bei dem Regelschleifenmodul 232 handelt es sich um einen Servomechanismus, dessen Aufgabe es ist, das Verhältnis zwischen der vorderen und hinteren Schlupfdreh­ zahl auf den Sollpunkt zu bringen, der vom Fahrzeughandhabungsstrategiemodul 230 festgelegt worden ist. Um dieses Ziel zu erreichen, handelt es sich in erfindungsgemäßer Weise bei dem Schlupfdrehzahlsignal des tatsächlichen Schlupfes, das am Summierglied 236 erzeugt worden ist, um ein Rückkopplungssignal, das dazu verwendet wird, die Ge­ nauigkeit der Regelschleife bei der Erzeugung eines Kupplungsdrehmomentsteuersignales für die Kupplungsan­ triebssteuereinheit 226 zu verbessern. Ein Aspekt der vor­ liegenden Erfindung besteht darin, daß das durch Summieren des tatsächlichen Schlupfdrehzahlrückkopplungssignales mit dem gewünschten Schlupfdrehzahlsollpunkt am Summierglied 238 erzeugte Fehlersignal dazu verwendet wird, um ein EIN-AUS- Steuersignal mit einer Frequenz zu erzeugen, die durch eine obere und eine untere Fehlersignalgrenze festgelegt ist. Genauer gesagt, wird das Fehlersignal, wie in Fig. 4 ge­ zeigt, einem EIN-AUS-Schaltmechanismus 240 zugeführt, der unter einer Steuerung betrieben wird, bei der das Ausgangs­ signal vom Schalter 240 entweder ein Maximum oder Null dar­ stellt, je nach dem Vorzeichen des Fehlersignales. Die Frequenz des EIN-AUS-Zyklus der Schalteinrichtung wird zum Teil durch die Eigenschaften des Allradantriebssystems be­ stimmt. Die Frequenz der vom Schalter 240 erzeugten EIN-AUS- Impulse wird ebenfalls durch die Eigenschaften des Fahrzeugs festgelegt, einschließlich solcher Parameter, wie der Kupplungshysterese und der primären Fahrzeugdynamik sowie der Lastübertragung von der Vorderachse auf die Hinterachse des Fahrzeuges, der Motordynamik, nicht linearer Reifenkur­ ven, nicht linearer Kupplungsreibeigenschaften und der Aus­ wirkungen des vom Mikrocomputer 202 durchgeführten Sampling. Die Simulation von Modellen unter Einschluß von derartigen Variablen hat gezeigt, daß die Grenzzyklusfrequenzen der Schaltvorrichtung 240 in einem Bereich von 4 bis 9 Hz in Abhängigkeit vom Schlupfdrehzahlsollpunkt liegen, der vom Fahrzeughandhabungsstrategiemodul 230 dem Regelschleifenmodul 232 zugeführt wird. Das Vorschubdrehmomentsignal wird in den Regelschleifenmodul eingegeben, wo es am Summier­ glied 242 mit dem Ausgangssignal des Steuergesetzes summiert wird, um das Kupplungsdrehmoment zu modulieren.

Fig. 12 zeigt Vergleichsdiagramme der Schlupfdrehzahlände­ rung über die Zeit, des Kupplungsdrehmomentes über die Zeit und der Drehmomentaufteilung über die Zeit für ein simu­ liertes Fahrzeughandhabungsstrategie-Sollpunktsignal von 15 U/min. Um diesen gewünschten Schlupfdrehzahlsollpunkt aufrechtzuerhalten, erfaßt die Steuereinheit 202 Änderungen in der tatsächlichen Schlupfdrehzahl und erzeugt eine Ände­ rung in der tatsächlichen Schlupfdrehzahl, die einer Kurve 244 folgt. Das Kupplungsdrehmoment variiert gemäß einer Kurve 246, während die Drehmomentaufteilung gemäß einer Kurve 248 variiert. Wenn die Schlupfdrehzahl über den Soll­ punkt auf eine vorgegebene obere Grenze ansteigt, wird das Kupplungssignal eingeschaltet, und das Drehmoment beginnt anzusteigen, wie in der Kurve 246 gezeigt. Durch das an­ steigende Drehmoment fällt schließlich die Raddrehzahldif­ ferenz ab. Wenn die Drehzahldifferenz unter den Sollpunkt fällt, wird das Kupplungssignal abgeschaltet, und die Dreh­ zahldifferenz beginnt wieder anzusteigen. Dieses Verhalten läuft periodisch ab. Bei einem Sollpunkt von 15 U/min be­ trägt die Schaltfrequenz etwa 9 Hz und die Schlupfdrehzahl­ amplitude von Peak zu Peak etwa 10 U/min. Die Frequenz für den 30 U/min Sollpunkt-Fall liegt bei etwa 6 Hz und die Peak zu Peak-Schlupfdrehzahlamplitude etwa bei 10 U/min, wie durch die Schlupfdrehzahlkurve 250 verdeutlicht wird. Die Fig. 13 enthält auch eine Vergleichskupplungsdrehmoment­ kurve 252 und eine Vergleichsdrehmomentaufteilungskurve 254 für den Sollpunkt-Fall von 30 U/min. Bei jedem Sollpunkt- Fall sind die Frequenzen noch hoch im Vergleich zu den normalen dynamischen Fahrzeugbedingungen, so daß das Ansprech­ verhalten des Systems angemessen ist.

Betrachtet man die Fig. 12 und 13, so stellt man als erstes die periodische Natur des Grenzzyklusverhaltens des Systems fest. Wie die Kurven 244, 250 zeigen, wird bei einem Anstieg des Schlupfes über den Sollpunkt ein Kupplungssignal eingeschaltet, und das Drehmoment beginnt anzusteigen, wie in den Kurven 246, 252 gezeigt. Das erhöhte Drehmoment er­ zeugt eine Raddrehzahldifferenz, die schließlich abfällt. Wenn die Drehzahldifferenz, d. h. das tatsächliche Schlupf­ drehzahlsignal, unter den Sollpunkt fällt, wird das Kupplungssignal abgeschaltet. Dies bewirkt einen Anstieg der Drehzahldifferenz, so daß der Zyklus wiederholt wird. Das Verhalten ist somit klar periodisch.

Ein weiteres Funktionsmerkmal der Steuereinheit 200 ist in den Kurven 248, 254 gezeigt. Allgemein ist es wünschens­ wert, eine Drehmomentverteilung zu haben, die in Richtung auf die Hinterachse verschoben ist. Somit neigen die Hin­ terräder zu einem größeren Schlupf als die Vorderräder. Wenn der Schlupf den in den Kurven 244 und 250 gezeigten Soll­ punkt erreicht, wird die Kupplung eingeschaltet, um Dreh­ moment auf die Vorderachse zu übertragen, was durch die Drehmomentverteilungskurven wiedergegeben wird. Daher wird die Drehmomentverteilung mehr in Richtung auf die Vorder­ achse verschoben.

Wie aus den Kurven 246, 252 hervorgeht, wird beim Abfallen des Schlupfsollpunktes das zur Aufrechterhaltung des Soll­ punktes erforderliche Kupplungsdrehmoment größer. Diese Beziehung wird durch Reifencharakteristikkurven herge­ stellt. Wenn der Schlupfsollpunkt abfällt, besitzen die hinteren Reifen einen geringeren Schlupf und die Vorderreifen einen größeren Schlupf. Hierdurch wird vorne ein größeres Drehmoment und hinten ein geringeres Drehmoment erzeugt. Somit wird das Kupplungsdrehmoment, das zum Ausgleich des Systems erforderlich ist, größer. Diese Er­ gebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefaßt, die die Beziehung zwischen den Reifenschlupfeigenschaften, dem Kupplungsdrehmoment, der Drehmomentverteilung und der Untersteuerung wiedergibt.

Durch die Fähigkeit der Modifizierung der Drehmomentver­ teilung mit der Steuereinheit 200 kann die Handhabung des Fahrzeuges automatisch durch die Steuereinheit 200 verän­ dert werden. Wenn der Schlupfpunkt abfällt, wird die Dreh­ momentverteilung mehr nach vorne verschoben. Somit können die Handhabungseigenschaften des Fahrzeuges so eingestellt werden, daß sie sich denen eines Fahrzeuges mit Frontan­ trieb annähern, d. h. das Fahrzeug untersteuert mehr. Wenn der Sollpunkt ansteigt, wird die Drehmomentverteilung mehr nach hinten verschoben, so daß das Fahrzeug gegenüber Unter­ steuern weniger empfindlich wird. Somit werden durch den Fahrzeughandhabungsstrategiemodul durch Bestimmen des Soll­ punktes gewünschte Handhabungseigenschaften in der erforderlichen Weise erhalten. Die Steuereinheit 200 kann eine aus­ reichende Drehmomentverschiebung nach hinten sicherstellen, um ein gutes Ansprechvermögen bei niedrigen Drehzahlen zu erreichen, während sie auch bei höheren Drehzahlen aus Sta­ bilitätsgründen Drehmoment nach vorne verschiebt.

Die Ergebnisse eines Testprogramms sind in den Fig. 14 bis 17 wiedergegeben.

Ein Ford Sierra XR4 × 4 wurde zur Aufnahme des Drehmoment nach Bedarf-Systems von Borg Warner entsprechend modi­ fiziert. Es wurden Starts mit vollständig geöffneter Dros­ selklappe aus dem Stand mit einer simulierten Aufteilung des vorderen/hinteren Reibungskoeffizienten durchgeführt. Die Tests wurden unter Verwendung von diversen unterschiedlichen Schlupfdrehzahlsollpunkten abgewickelt. Während der Test­ läufe wurden Messungen der Schlupfdrehzahl und des Kupplungsdrehmomentbefehls durchgeführt und aufgezeichnet.

Bei üblichen Bedingungen mit trockener Straße ist es schwie­ rig, einen großen Radschlupf zu erzeugen. Des weiteren ist es bei Flächen mit niedriger Reibung schwierig, Bedingungen aufrechtzuerhalten, die große Kupplungsdrehmomente zu Steuerzwecken erfordern. Für die Zwecke der Kontrollsystem­ tests wurde der Teilreibungskoeffizient durch Einsatz eines Fahrzeugs simuliert. Bei diesem Fahrzeug handelte es sich um ein fahrbares Gerät mit vier Rädern, das die Räder mit einer beliebigen Gewichtsgröße entlasten und dieses Ge­ wicht auf das Rollenrad des Gerätes verlagern kann. Das Ge­ wicht der Vorder- und Hinterräder kann unabhängig vonein­ ander gesteuert werden. Eine Entlastung der Fahrzeugräder hat einen ähnlichen Effekt wie eine Reduzierung des Reib­ koeffizienten des Untergrundes. Durch separate Steuerung der vorderen und hinteren Belastung wird es möglich, eine große Differenz zwischen der Drehmomentverteilung im Mitteldiffe­ rential und der zur Verfügung stehenden Traktionsdrehmoment­ verteilung zu erhalten. Dies wiederum macht es möglich, eine Situation aufrechtzuerhalten, bei der ein großes Kupplungs­ drehmoment zum Steuern des Radschlupfes erforderlich ist.

Bei jedem Test wurde ein fixierter Schlupfdrehzahlsollpunkt über die Testlänge verwendet. Dieser wurde nicht durch die Fahrzeughandhabungsstrategie festgelegt, sondern durch die Notwendigkeit, einfache wiederholbare Versuche durchzu­ führen.

Die Tests wurden auf nassem Asphalt durchgeführt. Der gleiche Abschnitt der Partie wurde als Startpunkt für jeden Lauf verwendet. Bei dem Versuchsgerät waren die Hinterräder um etwa 50% entlastet und die Vorderräder voll belastet. Es wurde geschätzt, daß die wirksamen Reibungskoeffizienten vorne 0,6 und hinten 0,3 betrugen.

Zur Übereinstimmung wurden Starts mit vollständig durch­ getretenem Gaspedal bei jedem ausgewählten Schlupfdreh­ zahlsollpunkt durchgeführt. Die Motordrehzahl wurde anfangs auf etwa 4000 U/min erhöht, danach wurde das Gaspedal voll durchgetreten, und die Kupplung wurde in einer Weise frei­ gegeben, die die Motordrehzahl hoch hielt. In den Fig. 14 und 15 sind die Daten von zwei Läufen bei zwei Schlupfdreh­ zahlsollpunkten (20 und 50 U/min) wiedergegeben. Die Auf­ zeichnungen zeigen den Drehmomentbefehl (EIN oder AUS) von dem Zweipunkt-Algorithmus und die von der Steuereinheit 200 errechnete Schlupfdrehzahl (Hinterachsendrehzahl - Vorder­ achsendrehzahl).

Die erste Beobachtung, die man macht, ist die, daß das Be­ triebsverhalten dem durch Simulation vorhergesagten Grenzzyklusverhalten gleicht. In jedem Fall zeigen die Daten, daß der Schlupfdrehzahlanstieg (als die Hinterräder Traktion verloren), daß die Kupplung angelegt wurde, daß der Schlupf gesteuert wurde und die Kupplung freigegeben wurde und der Zyklus wiederholt wurde. Beide Fälle zeigen eine Schwin­ gungsdauer von etwa 0,2 s, die dem durch die Simulation vorhergesagten Wert von 5 Hz entspricht.

Das wichtigste Testergebnis besteht in der Auswirkung des Sollpunktes auf die tatsächliche Schlupfdrehzahl. Ein Ver­ gleich der Schlupfdrehzahlwerte für diese Läufe zeigt, daß die durchschnittliche Schlupfdrehzahl nahe am Sollpunkt liegt.

Das vom Zweipunkt-Algorithmus abgegebene Drehmomentbe­ fehlssignal änderte sich von Lauf zu Lauf in einer der Schlupfdrehzahländerung entsprechenden Weise. In jedem Fall wurde das Kupplungsbefehlssignal zwischen EIN und AUS hin- und hergeschaltet, als die Schlupfdrehzahl den Sollpunkt kreuzte. Die Daten zeigen, daß die eingeschaltete Kupplungs­ zeit im Fall mit 20 U/min größer war als im Fall mit 50 U/min. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, daß man eine größere Drehmomentverteilung nach vorne benötigt, um eine kleinere Schlupfdrehzahl aufrechtzuerhalten. Eine solche größere Drehmomentverteilung nach vorne benötigt mehr Kupplungsdrehmoment, was bedeutet, daß der Zweipunkt- Algorithmus die Kupplung über eine größere Zeitdauer ein­ schalten muß.

Subjektiv gesehen fand das Betriebsverhalten des Systems großen Anklang. Das Einrücken der Kupplung konnte nicht wahrgenommen werden, ohne daß eine Höranzeige im Armatu­ renbrett installiert war. Es gab keine Stöße, ruckartige Erscheinungen oder Geräusche vom Getriebe. Wenn man das Betriebsverhalten des Fahrzeuges in den verschiedenen Fällen miteinander vergleicht, so nahm der Fahrer die Traktion und Beschleunigung bei dem 20 U/min-Sollpunkt sehr gut war. Im Gegensatz hierzu drehten die Räder sehr stark durch ohne viel Bewegung, als der Sollpunkt größer war.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Schlupfdrehzahlservokreis steuert somit in wirksamer Weise die Differenz zwischen der Drehzahl der Vorder- und Hinterräder. Trotz des Einsatzes einer EIN-AUS-Steuerung ist der Kupplungsbetrieb ziemlich glatt, und die resultierenden Schwingungen sind gering.

Die Fahrzeughandhabungsstrategieeinheit gibt an diesen Servokreis Befehle zum Ändern der Drehmomentverteilung für alle Räder des Fahrzeuges mit Allradantrieb als Funktion der Betriebsbedingungen. Auf diese Weise werden hohe Niveaus in bezug auf Traktion, Stabilität und Ansprechverhalten des Fahrzeuges erzielt.

Claims (2)

1. Steuervorrichtung zur Verteilung des Drehmomentes auf alle vier angetriebenen Räder (12, 14) eines Fahrzeuges mit einer vorderen und einer hinte­ ren Antriebsachse (16 und 18) und einem Motor (20), die die folgenden Bestand­ teile umfaßt:
ein Verteilergetriebe (24), das mit dem Motor (20) in Verbindung steht, und eine Eingangswelle (40) hat, und zum Verbinden der Eingangswelle (40) mit der vorderen und der hinteren Antriebsachse (16 und 18) ein Differential (38) aufweist, um auf diese Weise Drehmoment von der Eingangswelle (40) in vorgegebener Weise auf die vordere und die hintere Antriebsachse (16 und 18) zu übertragen,
eine kontinuierlich veränderbare Kupplungseinrichtung (46), die mit dem Verteilergetriebe (24) verbunden ist und eine elektromagnetisch betätigte Kupp­ lungseinheit mit einer erregbaren Magnetspule (70) aufweist, wobei diese Kupp­ lungseinheit das Eingangsdrehmoment in Abhängigkeit von der Erregung der Mag­ netspule (70) so im Verteilergetriebe (24) verteilt, daß die Drehmomentverteilung von einem Nominalwert, der vom Differential (38) festgelegt wird, auf einen einge­ stellten Wert geändert wird, und
Sensoren (102; 104; 116) zur Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Drehzahl der vorderen und der hinteren Antriebsachse (16 und 18),
gekennzeichnet durch
eine Steuereinrichtung (230), die einen Schlupfgeschwindigkeitsollpunkt in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt, um den Schlupfgeschwin­ digkeitsollpunkt während des Fahrzeugbetriebes zu ändern,
eine Rückkopplungsregelschleifeneinrichtung (232), die die tatsächliche Schlupfgeschwindigkeitdifferenz zwischen der Geschwindigkeit der vorderen Antriebsachse (16) und der Geschwindigkeit der hinteren Antriebsachse (18) ermittelt und die tatsächliche Schlupfgeschwindigkeitsdifferenz und den Schlupfgeschwindigkeit­ sollpunkt für die gegebene Fahrzeuggeschwindigkeit subtrahiert, um ein Schlupfge­ schwindigkeitsfehlersignal zu erzeugen, und
einen Schalter (240), der in Abhängigkeit vom Vorzeichen des Schlupfge­ schwindigkeitsfehlersignals zur Kupplungsbetätigung als Steuersignal ein Ein- oder Ausschaltsignal erzeugt.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Sensoren (106; 108) zur Ermittlung des Motordrehmoments und eine Einrichtung (242) zum Addie­ ren des Ein- oder Ausschaltsignales mit dem Motordrehmomentsignal, um das Steu­ ersignal zu verändern, damit der Mittelwert des Kupplungsdrehmoments erhöht wird, wenn die tatsächliche Schlupfgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der vorde­ ren und der hinteren Antriebsachse (16 und 18) ansteigt, und damit der Mittelwert erniedrigt wird, wenn die tatsächliche Schlupfgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der vorderen und der hinteren Antriebsachse (16 und 18) abnimmt.