NO162602B - Fremgangsmaate og apparat til styring av det til kjoeretoeydrivhjul overfoerte dreiemoment fra kjoeretoeyets motor. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og en anordning til styring av det til kjøretøydrivhjul overførte drivmoment fra kjøretøyets motor for beherskelse av hjulspinn på et tidspunkt hvor det ennå er umulig for føreren å oppdage slikt spinn.

Kjøretøydekk kan overføre krefter mellom kjøretøy og veibane. Den kraft som virker på hjulet i dettes rulleretning, skaffer traksjon (resp. bremsekraft), og den kraft som virker vinkelrett på rulleretningen, skaffer styrekraft.

Ved ren traksjon, dvs. når kraften vinkelrett på rulleretningen er 0, vil tråksjonskraften kunne økes til en viss grense som er bestemt av dekkets og veibanens beskaffenhet. Hvis man forsøker å øke tråksjonskraften ut over denne grense, vil dette ikke lykkes. Isteden vil kraftoverskuddet resultere i et dreiemoment som fører til akselerasjon av de roterende masser i drivlinjen (hjul, hjulaksel, differensial, mellomaksel, girkasse, clutch og motor) med medfølgende hjulspinn. Det har altså ingen hensikt å forsøke å øke tråksjonskraften ut-over traksjonsgrensen, da dette fører til hjulspinn og reduksjon av den effektive traksjon.

Eksisterende systemer til styring av traksjonen er da også basert på å redusere det overførte moment fra motoren når hjulspinn detekteres, idet pådraget på motoren reduseres.

Hensikten med oppfinnelsen er å skaffe en fremgangsmåte og

en anordning til automatisk styring av traksjonen på en meget enkel måte og langt på vei ved hjelp av organer som i alle tilfeller foreligger i kjøretøyet.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved at detektert hjulspinn utløser følgende automatisk gjennomførte styrecyklus: kjøretøyets vanlige clutch blir øyeblikkelig og fullsten dig utkoblet for frikobling av drivhjulene fra motoren, pådraget fra motoren blir regulert slik at overrusing

ved frikobling unngås, og

clutchen blir gradvis og jevnt innkoblet så snart spinnefri tilstand er oppnådd,

idet utløsningen av en ny, maken styrecyklus kan finne sted før den foregående er avsluttet, hvorved det av clutchen over-førte drivmoment blir regulert kontinuerlig på en måte som holder det gjennomsnittlige drivmoment så høyt som mulig under de foreliggende friksjonsforhold.

Såvel utkoblingen som gjeninnkoblingen av clutchen finner fortrinnsvis sted ved hjelp av en hydraulisk betjent clutchaktuator, mens pådraget på motoren kan styres ved hjelp av en pådragsservo.

Anordningen ifølge oppfinnelsen omfatter en detektor til å oppdage hjulspinn og organer til ved detektert hjulspinn å redusere det overførte drivmoment fra motoren, og anordningen er karakterisert ved at de drivmomentreduserende organer omfatter en elektronisk styreenhet som styrer en proporsjonalventil til regulering av tilførselen av hydraulisk trykkmedium til en hydraulisk aktuator som betjener kjøretøyets vanlige clutch, og en motorpådragsservo.

En vesentlig fordel med anordningen ifølge oppfinnelsen er at den normale clutch ved hjelp av en enkel styreanordning kan gjøres meget rask hva angår momentstyring i drivlinjen. Fordi drivlinjens roterende masser ligger hovedsakelig i motoren og ikke i transmisjon og drivhjul, vil drivhjulene meget raskt bremses ned til spinnefri tilstand bare ved hjelp av bremsemomentet fra veibanen.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet ved hjelp av et utførelseseksempel under henvisning til tegningen.

Fig. 1 viser oppdelingen av kreftene på et drivhjul i en kraft i hjulets rulleretning og en kraft vinkelrett på denne, idet cL er den såkalte sideslippvinkel, dvs. vinkelen mellom hjulets rulleretning og dets hastighetsvektor v målt i midten av berø-

ringsflaten mellom hjul og kjørebane.

Fig. 2 og 3 viser en typisk sammenheng mellom kraften i hjulets rulleretning og kraften vinkelrett på denne som funksjon av hjulslippet s og med sideslippvinkelen <£ som parameter. Fig. 4 er et skjematisk diagram over et kjøretøy med en anordning ifølge oppfinnelsen. Fig. 5 viser momentoverføringene og drivhjulets hastighet som funksjon av tiden under en typisk reguleringsperiode i henhold til oppfinnelsen.

Et drivende hjul vil alltid ha en større omdreiningshastighet enn et hjul som ruller uten å drive, eller som bremser. Hjulslipp s er definert som den relative forskjell mellom hjulets omdreiningshastighet N, når det overfører dreiemoment,

og den hastighet N som hjulet ville ha hatt dersom det ikke

U N-N

overførte moment. Nærmere bestemt er s definert som b u .

N

u

Fig. 2 viser hvorledes kraften i hjulets rulleretning først øker med økende hjulslipp, spesielt ved kjøring rett frem ( cL = 0), og hvorledes denne kraft reduseres når der opptrer hjulspinn. Fig. 3 viser først og fremst den kraftige reduksjonen i side-kraft når hjulslippet utvikler seg til hjulspinn.

Ved overføring av sidekrefter reduseres hjulets evne til å overføre traksjon, idet traksjonen ved hjulspinn reduseres. Hvis hjulspinn inntreffer, vil videre evnen til å overføre sidekrefter minske dramatisk. Et spinnende hjul får ikke bare redusert sin evne til traksjon, men sidekreftene (og dermed styremuligheten) forsvinner også.

Hjulspinn som følge av høy traksjon fører for forhjulsdrevne biler stort sett til at kjøretøyet går rett frem, men bibe-holder sin retningsstabilitet (kjøretøyet roterer ikke om sin egen akse), da bakhjulene fremdeles tar sidekrefter. For en bakhjulsdrevet bil vil spinn av drivhjulene føre til en sterk reduksjon av styreevne, men ikke så sterk som med en forhjulsdrevet bil fordi forhjulene fremdeles kan ta styre-krefter. Derimot vil kjøretøyet miste sin retningsstabilitet, hvilket betyr at det begynner å rotere om sin egen vertikale akse, hvis ikke traksjonen reduseres meget raskt og/eller korrigerende styring av kjøretøyet utføres.

Da tendens til hjulspinn vanskelig kan detekteres uten at spinn faktisk er inntrådt, er det særdeles viktig å bringe det eller de spinnende hjul hurtigst mulig tilbake til en spinnefri tilstand, slik at hjulet eller hjulene igjen kan overføre krefter. Et system som kan klare dette, øker ikke bare kjøretøyets potensielle evne til traksjon, men øker også sikkerheten ved at kjøretøyets manøvrerbarhet opprettholdes med minimalt avbrudd, hvilket er enda viktigere.

Et effektivt tråksjonskontrollsystem skal derfor ha to grunn-leggende egenskaper: a) Evne til hurtigst mulig reduksjon av overført traksjons-moment gjennom kjøretøyets drivlinje når hjulspinn er detektert. b) Den roterende masse bør være så liten som mulig, slik at det eller de spinnende hjul hurtigst mulig bremses ned til

spinnefri hastighet.

Et system med disse egenskaper ville kunne oppnås hvis man avbrøt drivlinjen umiddelbart foran hvert drivhjul og derved utkoblet det overførte drivmoment fra motoren, samtidig som hjulet ble forsynt med en styrt bremseanordning til å hjelpe friksjonskreftene fra kjørebanen med å bremse ned hjulet.

Et slikt system ville imidlertid innføre en rekke nye organer, og i henhold til den foreliggende oppfinnelse har man skaffet et betydelig enklere system ved anvendelse av kjøretøyets normale clutch. Denne clutch kan ved hjelp av en enkel styreanordning gjøres meget rask med hensyn til momentstyring i drivlinjen, samtidig som den roterende masse ikke økes Vesentlig, da drivlinjens roterende masser hovedsakelig ligger i motoren og ikke i transmisjonen og drivhjulene. Den trege masse som utgjøres av drivhjul og transmisjon, er så liten at drivhjulene meget raskt vil bremses ned til spinnefri tilstand selv uten noen egen bremseanordning, dvs. bare som følge av bremsemomentet fra kjørebanen.

På fig. 4, som skjematisk viser et kjøretøy med fire hjul 1,

2, 3, og 4, hvorav de to forreste hjul 3, 4 ikke overfører traksjon, er det vist hvorledes tråksjonsstyring over kjøre-tøyets normale clutch 5 kan realiseres.

Kjøretøyets drivlinje består av en motor 6, den nevnte clutch 5, en transmisjon 7 og drivaksler 8, 9 som via en differensial 10 overfører dreiemoment til drivhjulene 1, 2. Begge drivhjulene 1, 2 er utstyrt med ordinære hastighetsfølere 11 som kontinuerlig måler drivhjulenes hastighet. En hastighetsføler 12 er også anbragt i ett eller begge av de ikke drevne for-hjul. Signalene fra hastighetsfølerne 11 og 12 mates til en sentral elektronisk styreenhet 14.

De komponeneter som inngår i drivlinjen, er av helt konvensjo-nell art. Motoren kan være enten en forgasser- eller en inn-sprøytningsmotor. Clutchen kan være en ordinær tørrplatefrik-sjonsclutch med solfjæranordning. Det foretrekkes imidlertid å erstatte solfjæren med en sentralt beliggende clutchaktuator, da dette vil gi en hurtigere og mer presis clutchfunksjon.

På tegningen er der for oversiktens skyld skjematisk vist

en aktuator 15 som ikke er anordnet sentralt. Transmisjonen 7 kan være en ordinær fire- eller fem-trinns manuell girkasse.

Clutchaktuatoren 15 er vist å være hydraulisk betjent, idet hydraulisk fluidum under trykk tilføres ved hjelp av en hydrau-likkpumpe 16 som enten kan være drevet av en elektromotor eller av motoren 6, og som sørger for tilstrekkelig inngangs-trykk til en proporsjonalventil 18 som uavhengig av størrel-sen av oljestrømmen til aktuatoren 15 holder det hydrauliske trykk på utgangssiden av ventilen tilnærmet proporsjonalt med et inngangssignal fra styreenheten 14. På denne måte blir det mulig å styre clutchaktuatoren og dermed det dreiemoment som clutchen 5 kan overføre fra motoren 1 til girkassen 7.

Motoren 6 pådragsstyres ikke direkte fra en gasspedal 20, men via styreenheten 14 og en pådragsservo 21 som kan være enten en vanlig elektrisk likestrømsmotor med posisjonsmåler og regulatorsløyfe eller en stepmotor.

Motorturtallet måles ved hjelp av en turtallsføler 22.

Foruten å motta signaler fra alle hastighetsfølerne 11, 12

og 22 samt fra gasspedalen 20, gir den elektroniske styreenhet 14 styresignaler til pådragsservoen 21 og styreventilen 18 for clutchen 5 samt til en indikator 23 som vil varsle føre-ren om inntrådt hjulspinn.

Under normale kjøreforhold uten detektert hjulspinn vil motorpådraget være en entydig funksjon av gasspedalstillingen,

og clutchen 5 vil ligge fullt innkoblet. Innkobling av clutchen ved start fra stillstand og utkobling og innkobling ved girskifte kan foregå manuelt via en clutchpedal på vanlig måte. Som følge av at clutchen 5 i henhold til oppfinnelsen allerede er innrettet til hydraulisk inn- og utkobling, vil imidlertid systemet uten nevneverdig tilleggsutstyr tillate en automatisering av også den normale innkobling og utkobling av clutchen ved hjelp av elektronikkenheten 14.

Ved kjøring under forhold hvor spinn inntreffer som følge

av for høy traksjon, skjer følgende:

Når differansen mellom den målte hastighet på ett eller begge drivhjul og målt hastighet på det eller de ikke drevne hjul overskrider en verdi som er en funksjon av vognhastighet og pådrag, utføres følgende automatisk gjennomførte styrecyklus: 1) Clutchen kobles umiddelbart helt ut via den hydrauliske aktuator 15. 2) Samtidig reduseres motorpådraget via pådragsservoen 21, slik at motoren ikke ruser opp. Motorturtallet bør dog ikke bli lavere enn den verdi som ble detektert umiddelbart før styrecyklusen startet. 3) Når drivhjulene igjen har fått en hastighet som er tilstrekkelig nær den ubelastede hastighet på hjulet (grensen kan gjøres avhengig av kjøretøyets hastighet og kommandert pådrag), kobles clutchen gradvis og jevnt inn ved endring av trykket i aktuatoren 15, hvorved et dreiemoment fra motoren igjen vil tilføres drivhjulene. Motorturtallet er under utkoblingen holdt så høyt at det eller de gjeninnkoblede hjul får tilført et positivt dreiemoment (traksjon). Etter eller samtidig med innkoblingen av clutchen kan pådraget på motoren økes. Gjeninnkoblingen av clutchen starter raskt etter at et hjulspinn har funnet sted, vanligvis før føreren har merket at hjulet spinner.

I noen tilfeller vil full traksjon kunne oppnås etter en eneste cyklus. Hvis hjulspinn skulle opptre på ny, vil clutchen igjen bli fullstendig utkoblet og den ovenfor beskrevne styrecyklus gjentatt.

I de fleste tilfeller vil imidlertid det dårlige veigrep som har forårsaket hjulspinningen, fortsatt foreligge. I slike tilfeller kan hjulet begynne å akselerere på et hvilket som helst tidspunkt under den fornyede innkobling av clutchen og igjen begynne å spinne, noe som vil utløse en ytterligere styrecyklus. Ved slik gjentatte spinning kan et stort antall etter hverandre følgende styrecykluser utløses så raskt at hele virkemåten kan sammenlignes med en clutchsluring som sørger for at det gjennomsnittlige drivmoment holdes så høyt som forenlig med det foreliggende veigrep. Varigheten av hver av de perioder hvor hjulet spinner, vil være for kort til at

herredømmet over kjøretøyet mistes.

Den beskrevne tråksjonsstyring er automatisert gjennom den

elektroniske styreenhet og foregår uten noen form for inn-

gripen fra førerens side. På fig. 5 er reguleringsforløpet beskrevet ved hjelp av hastigheten av drivhjulet, stillingen av clutchen (clutchinngrep) og dreiemomentet på drivhjulet.

Hvis friksjonen mot kjørebanen ved punktet a reduseres, vil et

overskudd av dreiemoment i drivlinjen akselerere massene i denne. Drivhjulet får således økt hastighet. Ved punkt b har hjulslippet utviklet seg til en hjulspinning, og en styre-

cyklus utløses. Clutchen kobles da ut, og drivhjulshastigheten vil reduseres som følge av avbremsing mot kjørebanen. Når hastigheten av drivhjulet er kommet ned på en på forhånd fast-

lagt verdi i forhold til hastigheten av de ubelastede hjul (antydet ved c) vil motoren bli gradvis gjeninnkoblet over clutchen. Kurven for dreiemomentet på drivhjulene viser hvor-

ledes dette dreiemoment vil bli redusert øyeblikkelig når hjulsluringen innledes i punktet a. Etterhvert som hastigheten av hjulet øker, avtar dreiemomentet. Når styrecyklusen setter inn i punktet b, blir clutchen koblet ut, slik at dreiemomen-

tet faller helt ned til 0. Ved den gradvise gjeninnkobling av motoren som begynner i punktet c,øker dreiemomentet gradvis inntil clutchen er helt innkoblet, såfremt veigrepet er til-

strekkelig. En rekke styrecykluser kan finne sted i rask rekke-

følge. På fig. 5 er det antydet at hjulet igjen kan akselerere til spinning før clutchen er fullt gjeninnkoblet, noe som utløser en ytterligere styrecyklus før den tidligere cyklus er fullført. De forskjellige punkter d-j_ på tidsaksen på fig.

5 svarer til punktene a-c. Forøvrig torde kurvene på fig.

5 være selvforklarende.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte til styring av det til kjøretøydrivhjul overførte drivmoment fra kjøretøyets motor for beherskelse av hjulspinn på et tidspunkt hvor det ennå er umulig for føreren å oppdage slikt spinn, karakterisert ved at detektert hjulspinn utløser følgende automatisk gjennom-førte styrecyklus: kjøretøyets vanlige clutch blir øyeblikkelig og fullsten dig utkoblet for frikobling av drivhjulene fra motoren, pådraget fra motoren blir regulert slik at overrusing ved frikobling unngås; og clutchen blir gradvis og jevnt innkoblet så snart spinne fri tilstand er oppnådd, idet utløsningen av en ny, maken styrecyklus kan finne sted før den foregående er avsluttet, hvorved det av clutchen over-førte drivmoment blir regulert kontinuerlig på en måte som holder det gjennomsnittlige drivmoment så høyt som mulig under de foreliggende friksjonsforhold.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at utkoblingen og innkoblingen av clutchen finner sted ved hjelp av en hydraulisk betjent clutchaktuator.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at pådraget på motoren styres ved hjelp av en pådragsservo.

4. Anordning ved motorkjøretøy for styring av det fra motoren (6) til kjøretøyets drivhjul (1, 2) overførte drivmoment for beherskelse av hjulspinn på et tidspunkt hvor det er umulig for føreren å oppdage slikt spinn, omfattende en detektor (11) til å oppdage hjulspinn og organer til ved detektert hjulspinn å redusere det overførte drivmoment fra motoren (6), karakterisert ved at de drivmomentreduserende organer omfatter en elektronisk styreenhet (14) som styrer (a) en proporsjonalventil (18) til regulering av et hydraulisk trykkmedium for en hydraulisk aktuator (15) som betjener kjøretøyets vanlige clutch (5), og (b) en motorpådragsservo (21).