DE4409585A1 - Antriebsschlupfregelsystem mit pneumatischer Bremsregelung für mit einem automatischen Sperrdifferential ausgestattete Fahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge, und Verfahren zum Einlegen der Differentialsperre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebsschlupfregelsystem (ASR-System) nach dem Gat­ tungsbegriff des Patentanspruches 1 als auch ein Verfahren zum Einlegen der Diffe­ rentialsperre.

Bei Kraftfahrzeugen mit zuschaltbaren Antrieben und/oder zuschaltbaren Sperren für Achs- oder Zentraldifferentiale werden im allgemeinen formschlüssige Kupplun­ gen verwendet, um die Nachteile großer Reibungskupplungen zu vermeiden.

Auf diesem technologischen Hintergrund wurden Sperrdifferentiale mit Klauen­ kupplungen entwickelt (EP-0510457 A1), bei welchen die Kupplungsklauen so ge­ formt sind, daß ein Einlegen der Differentialsperre auch bei Differenzdrehzahlen bis zu ca. 150 U/min ermöglicht ist, ohne daß die Kupplungsklauen zerstört werden. Das Einlegen der Differentialsperre erfolgt über einen Druckluftzylinder, welcher über ein mechanisches Gestänge die Klauen der Kupplung zusammendrückt, bis diese einrasten. Sind die Klauen eingerastet, ist keine Betätigungskraft des Druckluft­ zylinders mehr nötig, da durch die spezielle Formgebung der Kupplungsklauen diese solange nicht gelöst werden, wie vom Motor des Fahrzeugs ein Antriebsmoment übertragen wird. Der Druckluftzylinder wird im Betätigungsfall über ein einfaches, elektropneumatisches 3/2-Wege-Ventil mit Druckluft beaufschlagt.

Bei mit Differentialsperren der in Rede stehenden Art ausgestatteten Nutzfahrzeu­ gen, welche auch im Gelände eingesetzt werden, kommen in zunehmenden Maße Antriebsschlupfregelsysteme (ASR-Systeme) mit pneumatischer Bremsregelung zum Einsatz. Hierbei wird bei Fahrzeuggeschwindigkeiten unter 40 km/h bei Bedarf eine Bremsregelung aktiviert. Dabei wird durch Öffnen des sogenannten ASR-Ventils des abzubremsenden Rades Vorratsdruck bereitgestellt; über ein nachgeordnetes Druck­ steuerventil wird dann der Bremsdruck an diesem Antriebsrad so geregelt, daß eine optimale Differenz-Bremswirkung erreicht wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, mit ABS/ASR-Systemen aus­ gestattete Fahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge, welche automatische Differential­ sperren der vorgenannten Art aufweisen, hinsichtlich ihrer elektronischen Regel­ systeme so auszugestalten, daß ohne wesentlichen Zusatzaufwand neben der automa­ tischen Sperrschaltung für die Differentialsperre auch die herkömmliche ABS/ASR- Bremsregelung durchgeführt werden kann: Hierdurch soll unter anderem erreicht werden, daß das Fahrzeug beim Anfahren am Berg auf µ-Split-Fahrbahnen (Fahrbah­ nen mit unterschiedlichen Reibwerten der Fahrbahnseiten) auch dann be­ schleunigt werden kann, wenn die Sperre wegen zu hoher Drehzahldifferenzen noch nicht eingelegt ist; auch soll das "sanfte" Anfahren auf einer µ-Split-Fahrbahn ermög­ licht werden, ohne daß die Gefahr des Motorabwürgens besteht.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale nach dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1 bzw. des Patentanspruches 4.

Durch die Modifizierung der ABS/ASR-Anlage unter Änderung der Logik des ABS- ASR-Steuergerätes ist es in vorteilhafter Weise möglich, unterhalb eines im wesent­ lichen durch die Feder-Rückstellkraft des Sperrdifferentials vorbestimmten Druckni­ veaus die herkömmliche Bremsregelung an den Antriebsrädern des Fahrzeugs vorzu­ nehmen, d. h. das Betätigungsventil des Druckluftzylinders für das Sperrdifferential wirkt als normales ASR-Ventil, wenn die Regellogik einen Haftwertunterschied zwi­ schen linkem und rechtem Antriebsrad erkennt und diesen ausregeln will. Die Logik ist hierbei so ausgelegt, daß die Bremsregelung solange beibehalten bleibt, bis vor­ zugsweise wenigstens zwei für das Einlegen der Differentialsperre vorgegebene Bedin­ gungen erfüllt sind. Erst dann wird das Betätigungs- bzw. ASR-Ventil voll durchge­ steuert, um die Sperre am Differential einzulegen. Ein Abwürgen des Motors wird hierdurch sicher vermieden. Auch werden die Klauen der Sperre festigkeitsmäßig weit weniger beansprucht, da die Drehzahlen der Antriebsräder vor dem Einlegen der Sperre synchronisiert werden. In einer Weiterbildung ist es auch möglich, die Differentialsperre als Längssperre zwischen angetriebenen Achsen eines mehrachsi­ gen Fahrzeugs vorzusehen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in weiteren Patentansprü­ chen aufgeführt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug­ nahme auf die dargestellte Zeichnung erläutert.

Fig. 1 gibt ein Schema des ASR-Systems mit pneumatischer Bremsregelung und automatischem Sperrdifferential gemäß der Erfindung wieder;

Fig. 2 ist eine der Fig. 1 vergleichbare Ansicht der erfindungsgemäßen Anordnung mit unterschiedlicher Position der gegen Betätigungskraft des Sperrdifferentials wirkenden Feder; und

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung bei Verwendung als Längsperre an einem Nutzfahrzeug mit 2 angetriebenen Hinterachsen.

Bei der in Fig. 1 der Zeichnung schematisch dargestellten Anlage ist ein ASR-Ventil 1 vorgesehen, welches an einen Druckluft führenden Vorrat 3 angeschlossen ist. Das ASR-Ventil 1 ist ferner an einen Druckluftzylinder 5 angeschlossen und wirkt gegen­ über diesem in nachfolgend beschriebener Weise erfindungsgemäß als Betätigungs­ ventil. Der Druckluftzylinder 5 betätigt über ein Gestänge 7 ein Sperrdifferential 9 bzw. dessen Kupplungsklauen 11, welche gegen die Kraft einer Feder 13 in gegen­ seitigen Eingriff bringbar sind, um die Sperre einzulegen. Bei einem Sperrdifferential der eingangs genannten Art ist bei eingerasteten Kupplungsklauen keine Betäti­ gungskraft des Druckluftzylinders 5 mehr nötig, da durch die spezielle Formgebung der Kupplungsklauen diese solange nicht gelöst werden können, wie vom Motor des Fahrzeugs ein Antriebsmoment übertragen wird. Vom ASR-Ventil 1 zweigt ferner eine Verbindung zu einem Select-high-Ventil 15 (Wechselventil bzw. Zweiwegeven­ til) ab, an welches ABS-Drucksteuerventile 17 und 19 für Bremszylinder 21 und 23 der Antriebsräder 25 und 27 des Fahrzeugs angeschlossen sind.

Von der herkömmlichen Betriebsbremsanlage (BBA) des Fahrzeugs führt eine wei­ tere Verbindung zum Select-high-Ventil 15, derart, daß bei inaktivem ASR-Regelvor­ gang bzw. inaktiver Betätigung der Sperre herkömmliche Bremsbetätigung der Bremszylinder 21 und 23 für die Antriebsräder ermöglicht ist.

Ein ASR-Regelvorgang der schematisch dargestellten Anlage in Verbindung mit Sper­ renbetätigung läuft wie folgt ab:

Nach Beginn der ASR-Regelung bleibt das gesamte Brems- und Sperrsystem solange inaktiv, bis die Regellogik einen Haftwertunterschied zwischen linkem und rechtem Antriebsrad erkennt und ausregeln will. Ab diesem Augenblick wird das ASR-Ventil 1 getaktet so betrieben, daß im Mittel ein Druck ausgesteuert wird, welcher unter­ halb der Schwelle zum Einlegen der Sperre, d. h. zum Einlegen der Kupplungsklauen 11 des Sperrdifferentials 9 liegt. Das ABS-Drucksteuerventil des nicht gebremsten Rades wird auf "Halten" geschaltet. Über das Drucksteuerventil des gebremsten An­ triebsrades wird normal die Bremsregelung durchgeführt; über diese Bremsregelung kann sich nun das Antriebsmoment " wodurch über das Antriebsrad mit gutem Haftwert eine Antriebskraft übertragen werden kann. Die Bremsregelung wird solange beibehalten, bis folgende beide Bedingungen zugleich erfüllt sind:

• 1. Das Fahrzeug bewegt sich mit einer bestimmten Mindestgeschwindigkeit, bei­ spielsweise mit 5 km/h;
• 2. Beide Antriebsräder drehen sich näherungsweise gleich schnell.

Sind diese Bedingungen erfüllt, dann wird das ASR-Ventil 1 im Sinne des Betäti­ gungsventils für den Druckluftzylinder 5 voll durchgesteuert, um die Sperre einzule­ gen. Gleichzeitig werden beide ABS-Drucksteuerventile der Antriebsachse auf "Ent­ lüften" gestellt. Dieser Zustand wird solange beibehalten, bis sichergestellt ist, daß die Kupplungsklauen der Sperre eingelegt sind. Bei Sperrdifferentialen der in Rede stehenden Art wurde festgestellt, daß ein Zeitraum von 2 Sekunden auf jeden Fall ausreichend ist. Nach Ablauf dieser Zeit wird das Betätigungs- bzw. ASR-Ventil wie­ der entregt und die ABS-Drucksteuerventile werden auf "Belüften" gestellt. Die Sper­ re bleibt nun selbständig solange eingelegt, bis kein Motormoment mehr anliegt. Ist dies der Fall, wird durch die Kraft der Feder 13 die Sperre selbsttätig wieder geöffnet.

Ohne Beachtung der vorstehend genannten Bedingungen würde das beschriebene System bei zügigerem Anfahren auf µ-Split-Fahrbahnen Problemen unterliegen, da die Differenzdrehzahlen der Antriebsräder so schnell so groß werden können, daß ein Einlegen der Sperre aus mechanischen Gründen nicht mehr möglich wäre. Gemäß der Erfindung kann die ASR-Regelung, wie vorstehend dargelegt, eine reine "Select-low"-Regelung durchführen, bis durch die Reduzierung des Antriebsmomen­ tes eine weitgehende Angleichung der Drehzahlen der Antriebsachse herbeigeführt und ein Einlegen der Sperre ermöglicht ist.

Durch die erfindungsgemäße Regelung unter Einbeziehung der Bedingungen wird auch dem Problem des Anfahrens am Berg entsprochen:

Entsteht die vorgenannte "Select-low"-Phase beim Anfahren am Berg, so würde das Fahrzeug zunächst zurückrollen. Da die ABS-Elektronik nicht zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahrt unterscheiden kann, würde in diesem Fall die Sperre bei einer unzulässig hohen Drehzahl eingelegt werden, weil die negative Geschwindigkeit des Rades auf dem hohen Haftwert von der Elektronik als positive Geschwindigkeit ge­ wertet wird. Durch Beachtung der Bedingungen für die Bremsregelung wird diesem Problem begegnet.

Ein Problem der reinen "Select-low"-Regelung könnte auch bei einem "sanften" An­ fahren auf einer µ-Split-Fahrbahn, also einer Fahrbahn mit ungleichen Haftwerten, auftreten, da die Sperre u. U. zu früh eingelegt werden könnte, so daß die Gefahr des Motorabwürgens bestehen würde. Durch das Einlegen der Sperre würde ja zwangs­ weise die Drehzahl des am niedrigeren Haftwert laufenden Rades dem am guten Haftwert liegenden, noch fast stehenden Rad angeglichen werden. Die erfindungs­ gemäße Regelung setzt jedoch voraus, daß sich das Fahrzeug mit einer bestimmten Mindestgeschwindigkeit bewegt; das Problem des Abwürgens ist hierdurch ausge­ schlossen.

Die erläuterten Probleme bei Existenz zu hoher Differenzdrehzahl, bei Anfahren am Berg und bei einem "sanften" Anfahren auf einer µ-Split-Fahrbahn werden durch die erfindungsgemäße Anpassung der ABS/ASR-Logik unter Beachtung vorbestimmter Bedingungen vermieden, da der Effekt ausgenützt wird, daß das ASR-Ventil, welches den Druckluftzylinder mit Druckluft beaufschlagt, unterhalb einer Druckschwelle derart getaktet betrieben werden kann, daß zusätzlich die herkömmliche Bremsrege­ lung durchführbar ist.

Durch den der Erfindung eigenen Gedanken wurde ermöglicht, ohne wesentlichen Zusatzaufwand neben der automatischen Sperrschaltung auch die herkömmliche ASR-Bremsregelung durchzuführen; eine universelle Brems- und Sperrenregelung ist hierdurch geschaffen. Ein weiterer zusätzlicher Vorteil der in der Zeichnung wieder­ gegebenen Anlage ist auch darin zu sehen, daß bei in Eingriff befindlichen Kupp­ lungsklauen und gleichzeitiger Deaktivierung der ABS/ASR-Regelung ein "Durch­ steuern" der Betriebsbremsanlage über das Select-high-Ventil 15 unter Verwendung gleicher Bauteile, d. h. unter Verwendung der Drucksteuerventile 17 und 19, ermöglicht ist.

Das ASR-Ventil kann im Rahmen des der Erfindung eigenen Gedankens auch so be­ trieben werden, daß wenigstens 2 Druckniveaus mehr oder weniger stationär einstell­ bar sind; es kann sich hierbei z. B. um ein Proportionalventil handeln.

Die Feder 13 ist in Fig. 1 als im Sperrdifferential befindlich wiedergegeben; natürlich kann die Feder 13 auch unmittelbar dem Druckluftzylinder 5 zugeordnet (Fig. 2) oder an anderer Position der Betätigung vorgesehen sein.

In Fig. 3 der Zeichnung ist schematisch die Anwendung des erfindungsgemaßen Prin­ zips an einem Nutzfahrzeug mit 2 Hinterachsantriebswellen wiedergegeben. Das Nutzfahrzeug weist eine nicht angetriebene Vorderachse 29 mit Vorderrädern 31 und 33 und 2 Hinterachsen mit Hinterachsantriebswellen 35 und 37 auf. Den beiden Hin­ terachsantriebswellen sind angetriebene Hinterräder 39, 41 und 43, 45 zugeordnet. Gemäß der Erfindung ist eine dem Sperrdifferential 9 vergleichbare Längssperre 47 zwischen die Hinterachsantriebswellen 35 und 37 geschaltet. Auch bei dieser Ausge­ staltung ist es möglich, unterhalb einer Druckschwelle mit ASR-Regelung bekannter Art für die Hinterräder 39 - 45 zu wirken, während bei Überschreiten des Mindest­ druckes und Erfüllung vorbestimmter Bedingungen eine Betätigung der Längssperre 47 im Sinne der Gleichschaltung der Hinterachsantriebswellen erfolgt; demnach ist die Summe der Einzelgeschwindigkeiten der Hinterräder 39, 41 einer Hinterachse gleich der Summe der Einzelgeschwindigkeiten der Hinterräder 43, 45 der anderen Hinterachse.

Claims (9)

1. Antriebsschlupfregelsystem mit pneumatischer Bremsregelung für Fahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge, welche mit einem automatischen Sperrdifferential ausgestattet sind, wobei das Sperrdifferential zum Zwecke des Einrückens seiner Kupplungsklauen durch einen von einem Betätigungsventil gespeisten Druck­ luftzylinder betätigbar ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) das ASR-Ventil (1) der ABS/ASR-Anlage des Fahrzeugs ist zugleich das Betä­ tigungsventil für den zum Einrücken der Kupplungsklauen (11) des Sperrdif­ ferentials (9) dienenden Druckluftzylinder (5); und
• b) die ABS/ASR-Anlage ist so ausgelegt, daß unterhalb eines für das Einlegen der Differentialsperre erforderlichen Mindestdruckes (Druckschwelle) des Druckluftzylinders die ASR-Bremsregelung erfolgt.

2. Antriebsschlupfregelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ASR-Ventil (1) getaktet betreibbar ist, derart, daß im Mittel ein Druck aussteuer­ bar ist, der unterhalb des Mindestdruckes zum Einlegen der Differentialsperre liegt.

3. Antriebsschlupfregelsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ASR-Ventil (1) zum Zwecke des Einlegens der Differen­ tialsperre voll durchsteuerbar ist, wenn wenigstens zwei Bedingungen erfüllt sind.

4. Antriebsschlupfregelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrdifferential als Längssperre (47) zwischen Hinterachsantriebswellen (35, 37) für die Hinterräder (39, 41; 43, 45) vorgesehen ist.

5. Verfahren zum Einlegen der Differentialsperre bei einem Fahrzeug mit einem Antriebsschlupfregelsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• a) das ASR-Ventil wird bei Erkennung eines Haftwertunterschieds zwischen linkem und rechtem Antriebsrad zum Zwecke der ASR-Bremsregelung ge­ taktet so betrieben, daß im Mittel ein Druck ausgesteuert wird, der unterhalb der Schwelle zum Einlegen-der Differentialsperre liegt; und
• b) das ASR-Ventil wird zum Zwecke des Einlegens der Differentialsperre voll durchgesteuert, wenn zwei Betriebsbedingungen erfüllt sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Betriebsbedingungen vorgegeben sind:

• a) das Fahrzeug bewegt sich mit einer bestimmten Mindestgeschwindigkeit; und
• b) beide Antriebsräder des Fahrzeugs drehen sich näherungsweise gleich schnell.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die volle Durchsteuerung solange beibehalten wird, bis sichergestellt ist, daß die Sperre eingelegt ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß bei vol­ ler Durchsteuerung gleichzeitig beide ABS-Drucksteuerventile auf "Entlüften" gestellt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ablauf der zum Einlegen der Sperre erforderlichen Zeit das ASR-Ventil (Betätigungsventil) wieder entregt wird, während die ABS-Drucksteuerventile auf "Be­ lüften" gestellt werden.