WO2005073011A1 - Verfahren und anordnung zur steuerung einer kraftfahrzeug-drehmomentübertragungskupplung - Google Patents

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WO2005073011A1
WO2005073011A1 PCT/EP2004/014176 EP2004014176W WO2005073011A1 WO 2005073011 A1 WO2005073011 A1 WO 2005073011A1 EP 2004014176 W EP2004014176 W EP 2004014176W WO 2005073011 A1 WO2005073011 A1 WO 2005073011A1
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WO
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clutch
vehicle
acceleration
state
torque
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PCT/EP2004/014176
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Manfred Steding
Stefan Fries
Klaus MÄTZSCHKER
Michael HÖCK
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Gkn Driveline International Gmbh
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Publication date
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    • B60W2540/18—Steering angle

Definitions

  • the invention is concerned with the active control of the torque distribution between the wheels of a motor vehicle.
  • Differential gears are used in motor vehicles to enable different speeds between different wheels of the vehicle.
  • a distinction is generally made between transverse differentials (axle differentials) and central differentials.
  • Cross differentials allow speed differences between wheels of one axle of the vehicle, while central differentials allow such differences between wheels of different axles.
  • Differential locks counteract the compensating effect of the differential.
  • Passive differential locks are known in which the locking effect depends on a speed difference.
  • An example of such a differential lock dependent on the speed difference is a viscous clutch.
  • the locking effect of the viscous coupling is based on fluid friction.
  • torque-dependent differential locks for example the so-called Torsen differential.
  • a targeted influencing of the blocking effect is not possible with passive systems.
  • the locking effect can be set in a defined manner with active differential locks.
  • Controllable clutches are used as active differential locks, which can mostly be adjusted continuously between a fully open state, in which they transmit no torque and accordingly do not have a locking effect, and a completely closed state, in which they have a maximum proportion of the drive torque to be divided by the differential transferred and develop a maximum blocking effect accordingly.
  • An example of a clutch used for active differential locks is a multi-plate clutch, in which the locking effect is based on the friction of friction plates against one another.
  • all-wheel drive In all-wheel drive vehicles, all-wheel drive is often not permanent, but rather is implemented as a so-called "on demand" concept.
  • the drive train contains a primary driven axle, whereby a secondary axle can be engaged by engaging a clutch.
  • Such couplings are called distributor couplings below. Is the distributor coupling If the secondary axle does not receive any drive torque, but if it is at least partially closed, part of the engine torque made available by the drive engine of the vehicle is directed to the secondary axle.
  • passive and active solutions for distributor couplings.
  • passive solutions for example, viscous couplings are used, which respond to the occurrence of a slip (speed difference) between the primary and secondary axis and close automatically, the degree of closing being dependent on the slip.
  • Active solutions include an actively controllable clutch, for example a multi-plate clutch.
  • Distributor clutches as well as lock-up clutches are therefore components that determine the distribution of a drive torque to different wheels - or generally wheel arrangements - of the vehicle due to their clutch condition.
  • the term "wheel arrangement" is to be understood here to include both a single wheel and two or more wheels.
  • a distributor clutch connected centrally in the drive train between a front and a rear axle determines the ratio in which drive torque is divided between the (several) wheels of these two axles.
  • a locking clutch of a transverse differential determines the ratio in which a drive torque made available to the relevant axle is divided between the (at least one) left and (at least one) right wheel of this axle.
  • the clutch has so far only been activated when a certain minimum speed difference between the wheels of the vehicle is detected.
  • the wheel speed of the individual wheels is sensed and delivered to an electronic control unit, which uses this to determine the slip.
  • a certain range of small speed differences is often permitted, for example, to disregard those speed differences that are already caused by different degrees of tire wear.
  • the clutch is closed to a greater or lesser extent in order to counteract the slip.
  • the previous systems for controlling active distributor and lock-up clutches work insufficiently during acceleration processes (with positive acceleration, ie speed increase). Such acceleration processes often lead to individual wheels or axles spinning. The consequence of this is that a speed difference occurs between the wheels of one axle and / or between the wheels of different axles, which must first be sensed and then calculated by the control unit. The control unit must then send a control command to close the clutch before the latter is closed.
  • the electrical and the mechanical signal path entail a time delay during which the speed difference can increase further. These delays can lead to the occurrence of comparatively high speed differences, with the result that poor traction and indifferent driving dynamics behavior of the vehicle.
  • Conventional pure speed difference controllers cannot bring the suddenly occurring speed differences down to the target value quickly enough without avoiding vibrations. Therefore, the controller in the control unit is typically designed so that the speed difference is reduced comparatively slowly. This results in a correspondingly slow build-up of the clutch torque.
  • the object of the invention is to improve the driving dynamic behavior of a vehicle equipped with an actively controllable locking or distributor clutch.
  • the invention is based on a method for controlling a motor vehicle torque transmission clutch, the clutch state determines the distribution ratio of a drive torque between a first and a second wheel arrangement of the vehicle, the clutch between a first end state in which it transmits essentially no torque, a second end state in which it transmits a maximum proportion of the drive torque, and a variety of intermediate states between the two final states is adjustable.
  • At least one operating parameter of the vehicle which differs from a speed of the vehicle is monitored for a predetermined condition which is relevant for a driver of the vehicle
  • Acceleration process initiated in the vehicle which acts in the sense of an increase in speed, and that when an acceleration process is recognized, the clutch is set to a predetermined acceleration clutch state which is different from the first final state.
  • the solution according to the invention goes the way of recognizing an upcoming acceleration process by monitoring at least one non-speed-related operating parameter of the vehicle. This operating parameter is examined for a previously defined behavior pattern, which reasonably suggests such an acceleration process. If an impending acceleration of the vehicle is then detected, such a clutch state is set that does not allow the previously observed speed differences to occur or at least only to a significantly lesser extent. The clutch is closed preventively (partially or completely), so to speak. This can improve traction and stabilize the driving behavior of the vehicle. In particular, the sudden change between understeering and oversteering behavior mentioned above can be avoided.
  • a certain increase in speed within a certain period of time is not suitable as an indicator of an upcoming acceleration process. If such an increase in speed takes place, the acceleration process is finally in progress. Speed differences may have already occurred.
  • the acceleration process should, however, advantageously be recognized before the acceleration-related speed differences occur.
  • Appropriate indicators for an upcoming acceleration process can indicate the position of an accelerator pedal of the vehicle and that drive motor of the vehicle provided engine torque.
  • a pedal position signal representative of the accelerator pedal position and / or an engine torque signal representative of the engine torque is therefore preferably monitored.
  • a time derivative of the engine torque is expediently determined from the engine torque signal and an acceleration process is determined, at least depending on the fact that the time derivative of the engine torque exceeds a predetermined threshold value.
  • a time derivative of the accelerator pedal position is determined from the pedal position signal, and an acceleration process is determined at least depending on the time derivative of the accelerator pedal position exceeding a predetermined threshold value.
  • the time derivative of the engine torque signal or the pedal position signal can be the first time derivative of the signal in question, but also the second time derivative. It is even conceivable to evaluate both time derivatives for the detection of an upcoming acceleration process.
  • the acceleration clutch condition is an intermediate clutch condition, i.e. a clutch condition in which the clutch is only partially closed.
  • This intermediate state is preferably selected such that the clutch transmits less than 80% of the maximum portion of the drive torque that can be transmitted by it. It is of course not fundamentally excluded to completely close the clutch for the acceleration-clutch state, that is to say to set it in the second final state.
  • the traction-improving and stabilizing effect of the invention can be optimized if a different acceleration clutch state is set for different steering angles of the vehicle. It is therefore proposed in a further development of the invention that the acceleration clutch state is determined as a function of a steering angle of the vehicle.
  • the procedure can be such that at least in a predetermined steering angle range with a smaller deviation of the steering angle from a zero steering angle corresponding to a straight travel of the vehicle Acceleration clutch state is selected in which a larger proportion of the drive torque is transmitted via the clutch, and in the event of a greater deviation of the steering angle from the zero steering angle, an acceleration clutch state is selected in which a smaller proportion of the drive torque is transmitted via the clutch is transmitted.
  • the acceleration clutch torque is only set when the vehicle has a non-zero speed.
  • the vehicle speed must be monitored accordingly. It is even possible to define a non-zero lower vehicle speed threshold that must be exceeded before the acceleration clutch torque is adjusted.
  • the clutch is preferably opened again as a function of at least one of the following parameters: time, position of an accelerator pedal of the vehicle, speed of the vehicle, provided engine torque of a drive motor of the vehicle. This ensures that the clutch does not transmit clutch torque longer than necessary.
  • the two wheel arrangements can be arranged on a common axle and the clutch can be used as a controllable locking clutch of a transverse differential of this axle.
  • the two wheel arrangements can be arranged on different axles of the vehicle and the clutch can be used as a controllable locking clutch of a central differential of a transfer case of the vehicle that distributes the drive torque to the two axles.
  • the two wheel assemblies can also be arranged on different axles of the vehicle and the clutch can be used as a controllable distributor clutch for distributing the drive torque to the two wheel assemblies.
  • the clutch preferably comprises an electromotive actuating unit which is controlled electrically to adjust the clutch state of the clutch.
  • electromotive actuating unit which is controlled electrically to adjust the clutch state of the clutch.
  • Any adjustment principles are conceivable.
  • One possibility is an adjusting mechanism with two axially opposite, rotatable relative to one another Ren disc parts that receive a ball arrangement between them, this ball arrangement being guided on at least one ramp track of at least one of the disc parts. By relative rotation of the two disk parts, the ball arrangement can be displaced along the at least one ramp path, which influences the axial distance between the two disk parts.
  • the invention further relates to an arrangement for controlling a motor vehicle torque transmission clutch, the clutch state of which determines the distribution ratio of a drive torque between a first and a second wheel arrangement of the vehicle, the clutch between a first end state in which it essentially does not transmit any torque second final state, in which it transmits a maximum proportion of the drive torque, and a plurality of intermediate states between the two final states is adjustable.
  • this arrangement comprises an electronic control unit controlling the clutch, which is set up to monitor at least one operating parameter of the vehicle that differs from a speed of the vehicle for a predetermined condition, which for an acceleration process initiated by a driver of the vehicle and acting in the sense of a speed increase is representative, and when an acceleration process is recognized, the clutch is to be set to a predetermined acceleration clutch state which differs from the first end state.
  • the arrangement can have further features described above in connection with the method according to the invention.
  • the invention relates to a program code which is designed and designed to effect the execution of the method of the type described above when executed on a program-controlled computer of a motor vehicle.
  • a program code can be provided on a digital storage medium, such as a magnetically or optically readable information carrier disc, which is why the invention also extends to such a storage medium with machine-readable program code stored thereon for executing the method of the type described above.
  • FIG. 1 schematically shows a first exemplary embodiment of a mechanical drive train of a motor vehicle with electrical and electronic components required for controlling locking clutches of the drive train,
  • FIG. 2 shows schematically a second exemplary embodiment of a mechanical drive train of a motor vehicle with electrical and electronic components required for controlling a distributor clutch of the drive train
  • FIG. 3 shows a qualitative characteristic diagram for the dependence of an acceleration clutch state to be set on detection of an acceleration process on a steering angle of the vehicle
  • FIG. 4 shows a qualitative characteristic diagram for the dependence of the acceleration clutch state on the speed of the vehicle
  • FIG. 5 shows a qualitative characteristic diagram, which illustrates the time dependency of the return of a distributor or lock-up clutch from an acceleration clutch state in the direction toward an open state
  • FIG. 6 shows an exemplary time diagram of various operating parameters of the vehicle during acceleration processes
  • FIG. 7 is a flowchart which shows steps of an exemplary embodiment of the control method according to the invention.
  • a mechanical drive train of a motor vehicle is shown, which is generally designated 10.
  • the drive train 10 contains a drive motor 12, from which engine torque that can be used to propel the vehicle is provided.
  • the drive motor 12 can be, for example, an internal combustion engine or an electric motor drive unit.
  • the drive motor 12 is followed by a change gear 14, which can be, for example, a manual transmission or an automatic transmission.
  • a clutch not shown in FIG. 1, can be arranged between the drive motor 12 and the change gear 14.
  • the engine torque of the drive motor 12 converted by the change gear 14 is divided by means of a transfer gear 16 in a predetermined symmetrical or asymmetrical relationship between a front axle 18 and a rear axle 20 of the vehicle.
  • the part of the Engine torque is divided by means of a first differential gear 22 onto a left and a right steered front wheel 24 or 26 of the vehicle.
  • the distribution ratio of the drive torque available on the front axle 18 caused by the differential 22 is 50%: 50% in the unlocked case.
  • the portion of the engine torque allocated by the transfer case 16 to the rear axle 20 is divided equally between left and right rear wheels 30 and 32 of the vehicle by means of a second differential 28.
  • the transfer case 16 is assigned an infinitely controllable locking clutch 34, by means of which a central differential of the transfer case 16 can be partially or completely locked.
  • the axle differentials (transverse differentials) 22, 28 are each also assigned a steplessly controllable locking clutch 36 or 38, which enables partial or complete locking of the differential in question.
  • the locking clutches 34, 36, 38 are each mechanically coupled to an electromotive actuating unit 40, by means of which a desired clutch state of the respective locking clutch can be set.
  • the actuating units 40 are controlled by an electronic control unit 42, which delivers corresponding electrical control signals to the actuating units 40. It goes without saying that each of the actuating units 40 and thus each of the locking clutches 34, 36, 38 can be controlled individually.
  • a serial bus arrangement 43 is used for electrical signal transmission from and to the control unit 42, which can be designed, for example, as a CAN (Controller Area Network) bus. Interfaces, protocols and electrical circuitry for signal transmission on a CAN bus are widely known and do not need to be explained in more detail. It goes without saying that, as an alternative to a bus arrangement, the various electrical components of the vehicle can also be individually wired to the control unit 42.
  • CAN Controller Area Network
  • the control unit 42 has a program-controlled microprocessor 44, which generates suitable control signals for the actuating units 40 in accordance with a control program stored in an electronic memory 46 of the control unit 42.
  • the control program is indicated schematically in FIG. 1 at 48.
  • the control unit 42 is dependent on information about various operating parameters of the vehicle. For this purpose, it can access various signals via the bus arrangement 43 which are representative of these operating parameters.
  • speed sensors 50 provide information about the speed of each of the wheels 24, 26, 30 32 ready. From the measured wheel speeds, the control unit 42 can calculate any speed differences between the wheels of the front axle 18, between the wheels of the rear axle 20 and between the axles 18, 20. In addition, the control unit 42 can determine a speed of the vehicle according to methods known per se in the technical field.
  • the control unit 42 can also access an engine torque signal, which is representative of the engine torque provided by the drive motor 12 and is output by a schematically indicated torque sensor 52 to the bus arrangement 43.
  • the control unit 42 also has access via the bus arrangement 43 to a pedal position signal which indicates the position of an accelerator pedal 54 of the driver.
  • the pedal position is detected by a pedal position sensor 56, which can be a potentiometer sensor, for example.
  • the control unit 42 can also access a gear position signal and a steering angle signal via the bus arrangement 43.
  • the gear position signal is provided by a gear position sensor 58 which detects the gear position of the change gear 14.
  • the control unit 42 can recognize from the gear position signal whether and which gear is engaged.
  • the steering angle signal is supplied by a rotation angle sensor 60 which detects the rotational position of a steering wheel 62 of the vehicle or a steering column carrying the steering wheel 62.
  • the rotational position of the steering wheel 62 or the steering column is a measure of the steering angle of the vehicle, denoted by ⁇ in FIG. the angular deviation of the front wheels 24, 26 from a straight-ahead position.
  • FIG. 1 relates to the case of a vehicle with permanent all-wheel drive
  • FIG. 2 shows the drive train of a vehicle with optional all-wheel drive. This concept is also known as "on demand" technology.
  • the same or equivalent components are provided with the same reference symbols as in FIG. 1, but supplemented by a lower case letter.
  • the vehicle with the drive train shown in FIG. 2 is a vehicle with a front axle drive in which the rear axle can be switched on by means of a continuously variable distributor clutch 64a.
  • the distributor clutch 64a is connected between axle differentials 22a, 28a of the front axle 18a and the rear axle 20a. It replaces the transfer case 16 of the exemplary embodiment in FIG.
  • the coupling state of the distributor clutch 64a can be set as desired by an electromotive actuating unit 40a which can be controlled by the control unit 42a.
  • FIGS. 1 and 2 are merely examples of powertrain configurations in which the invention can be used. It is understood that various other drive train configurations are conceivable.
  • the rear axle 20a can form the primary driven axle, while the front axle 18a can be activated as a secondary axle if required.
  • the distributor clutch 64a must be moved to a location between the change gear 14a and the front axle differential 22a. It can also be a vehicle with a pure front axle drive or rear axle drive, where only one axle is always driven.
  • the equipping of the differentials with actively controllable locking clutches does not have to be as in the
  • FIG. 1 the actively controllable clutch 36 of the front axle differential 22 or / and the actively controllable clutch 38 of the rear axle differential 28 can be omitted or replaced by a passive, speed differential or torque-sensitive locking clutch.
  • the differentials 22a, 28a can be provided with an actively controllable lock-up clutch in FIG.
  • the invention can be used with any actively controllable distributor or locking clutch, the clutch condition of which can be used to influence the distribution ratio of a drive torque to different wheels of the vehicle.
  • a control concept for the front axle locking clutch 36 of FIG. 1 is explained below.
  • This control concept can be applied analogously to the two other locking clutches 34, 38, to the distributor clutch 64a and generally to any other locking or distributor clutch that influences the torque distribution in a drive train of a motor vehicle.
  • the lock-up clutch 36 is open, ie it does not transmit any clutch torque.
  • the differential 22 then acts as an open differential.
  • the control unit 42 detects a speed difference from the wheel speeds of the front wheels 24, 26, it outputs a control signal to the corresponding actuating unit 40, which causes the lock-up clutch 36 to be brought into an at least partially closed clutch state.
  • the at least partial closing of the locking clutch 36 applies a locking torque to the differential 22 which counteracts the compensating action of the differential 22.
  • the control unit 42 is part of a control circuit which attempts to regulate speed differences between the front wheels 24, 26 to a minimum value equal to or close to zero.
  • the control unit 42 contains a speed difference controller implemented in software or hardware, to which the detected speed difference is fed as a control difference.
  • the signal output by the speed difference controller is then converted into a corresponding control signal for the actuating unit 40. Since a slight difference in speed can occur simply due to different wear of the front wheels 24, 26 or other asymmetries, a control threshold is expediently defined, below which the control unit 42 does not react to speed differences.
  • control unit 42 not only responds to speed differences between the front wheels 24, 26, but also to upcoming acceleration processes. Since the likelihood of speed differences between the front wheels 24, 26 which reduce the traction and possibly worsen the driving dynamics of the vehicle is comparatively high when the vehicle is accelerating, the control program 48 of the control unit 42 contains an algorithm which causes a preventive at least partial engagement of the locking clutch 36 if an upcoming acceleration process is recognized.
  • the control unit 42 monitors, among other things, the engine torque signal and the pedal position signal.
  • FIG. 6 Exemplary time profiles of the engine torque signal (denoted by M) and the pedal position signal (denoted by s) are shown there in the case of an acceleration process initiated by the driver. It can be seen that the pedal position signal s increases very rapidly in a short time and then remains at a high level. This corresponds to a comparatively sudden, strong depression of the accelerator pedal 54 by the driver, possibly up to the end stop. The substantially constant value of the pedal position signal s after the initial increase corresponds to the depression of the accelerator pedal 54 in the depressed position.
  • the engine torque signal M in FIG. 6 has a comparatively strong increase in the time range in which the pedal position signal s also rises.
  • the engine torque signal M drops somewhat after its initial increase before it shows a further, this time weaker increase.
  • This further increase in the engine torque signal can e.g. B. result from a switching operation of a fully automatic change gearbox after very strong, in particular complete depression of the accelerator pedal 54 (kick-down).
  • FIG. 6 An example of a time profile of the speed of the vehicle denoted by v is also shown in FIG. 6. One can clearly see the increase in speed caused by the accelerator pedal 54 being depressed.
  • the control unit 42 determines from at least one of the two signals s, M a first time derivative, i.e. a rate of change over time.
  • the control unit 42 can be limited to the engine torque signal M. However, it can also use the pedal position signal s alone or even evaluate both signals.
  • the control unit 42 then compares the calculated first time derivative of the engine torque signal M or the pedal position signal s with a predetermined threshold value. If the calculated time derivative exceeds the predetermined threshold value, there is an indicator for the control unit 42 that an acceleration process has been initiated by the driver.
  • the threshold value for the first time derivation of the engine torque signal M or the pedal position signal S is set in such a way that the control unit 42 only responds to sufficiently strong acceleration processes in which significant speed differences must be expected. With sufficiently slow acceleration processes, there is generally no need to apply a locking torque to the differential 22.
  • the control unit 42 determines that the engine torque signal M or / and the pedal position signal s exceeds the relevant threshold value for the first time derivative, it effects the setting of a predetermined acceleration clutch state on the lock-up clutch 36.
  • the lock-up clutch 36 is not completely closed for this purpose , Rather, it is only partially closed in the acceleration clutch state.
  • the locking torque of the locking clutch 36 applied in the acceleration clutch state is preferably not greater than 80%.
  • the percentage here relates to the drive torque to be distributed overall from the differential 22 to the front wheels 24, 26, that is to say from Transfer case 16 of the front axle 18 allocated part of the engine torque supplied by the drive motor 12.
  • the setting of the acceleration clutch state upon detection of a sufficiently strong increase in the engine torque signal M and / or the pedal position signal s can also be made dependent on the vehicle speed v being non-zero or exceeding a predetermined minimum speed.
  • the clutch state can be made dependent on the fact that a specific gear is engaged by the change gear 14 or that a specific gear is not engaged.
  • the control unit 42 selects the acceleration clutch state of the locking clutch 36 depending on the steering angle ⁇ .
  • the characteristic diagram in FIG. 3 shows an exemplary dependency of the acceleration clutch state on the steering angle ⁇ .
  • a steering angle equal to zero ie a straight-ahead position of the front wheels 24, 26, an acceleration clutch state is selected in which the locking clutch 36 is most strongly closed.
  • the more the front wheels 24, 26 deviate from the straight-ahead position when an acceleration process is recognized the less the lock-up clutch 36 is closed in the acceleration-clutch state.
  • the dependence of the acceleration clutch state on the steering angle ⁇ can be proportional, as indicated by a solid line in FIG. 3. Of course, other non-linear dependencies of the acceleration-clutch state on the steering angle ⁇ are also conceivable.
  • the steering angle characteristic curve can also contain a range in which essentially the same acceleration clutch state is always set for different steering angles. Such a case is indicated in FIG. 3 with a dashed line.
  • the steering angle characteristic of the acceleration clutch state is stored in the form of a table or a mathematical equation in the memory 46 of the control unit 42. If the control unit 42 detects an upcoming acceleration process, it determines the current value of the steering angle ⁇ from the Steering angle characteristic is a factor that is designated fi in the diagram in FIG.
  • the factor fi represents, for example, a percentage of the degree of closure in which the locking clutch 36 is to be set.
  • a speed dependency in addition to a steering angle dependency of the acceleration clutch state.
  • it can be considered to set an acceleration clutch state of the locking clutch 36 at higher vehicle speeds, in which it is less closed than at lower speeds.
  • a merely exemplary characteristic curve for a possible speed dependency of the accelerating clutch state of the locking clutch 36 is shown in FIG. 4. Similar to the steering angle characteristic curve, the speed characteristic curve is stored in a table or in the form of a mathematical equation in the memory 46 of the control unit 42.
  • the control unit 42 can take from it a further factor for a given value of the vehicle speed v, which is denoted by f 2 in the diagram in FIG.
  • the factor f 2 also represents, for example, a percentage of the degree of closure of the locking clutch 36 to be set.
  • control unit 42 In order to determine which acceleration clutch state is to be set on the locking clutch 36, the control unit 42 then multiplies the values of the two factors fi and f 2 determined for the respective value of the steering angle ⁇ and the respective value of the vehicle speed v.
  • the lock-up clutch 36 is then controlled in accordance with the total factor thus calculated by multiplication.
  • the locking clutch 36 is opened again in the further course.
  • a predetermined period of time can also be defined, which must be waited for before opening the
  • Locking clutch 36 can be started.
  • Alternative triggering conditions for opening the locking clutch 36 are conceivable.
  • one condition may be that the engine torque signal M and / or the pedal position signal s must again fall below the threshold value of the first time derivative, which is defined as a criterion for the detection of an acceleration process, or must fall below another suitable threshold value. As long as this is not the case, the set acceleration clutch state is maintained.
  • the phase of torque reduction itself follows depending on at least one parameter.
  • the locking torque can be reduced depending on the time. An exemplary time characteristic of the torque reduction is shown in FIG.
  • T the pulse duty factor of a pulse-width-modulated control signal for the actuating unit 40 of the locking clutch 36.
  • the pulse duty factor is T is a measure of the degree to which the locking clutch 36 is closed. The lower the pulse duty factor, the less the locking clutch 36 is closed.
  • the time dependency of the opening of the locking clutch 36 can be proportional, for example, with dead time (shown in broken lines in FIG. 5) or without dead time (drawn with a solid line). Of course, any other, non-linear time dependencies during the opening process of the locking clutch 36 are conceivable.
  • control unit 42 can also effect a speed-dependent opening of the locking clutch 36.
  • the locking clutch 36 is opened more and more with increasing vehicle speed.
  • the control unit 42 sets a less strongly closed clutch state as the accelerating clutch state at higher vehicle speeds than at lower speeds.
  • the pulse duty factor T is only kept at the value T 2 for a comparatively short time before it is lowered again.
  • the steering angle ⁇ changes in the phase between the build-up and complete reduction of the clutch torque of the locking or distributor clutch in question. It was indicated above that the acceleration clutch state to be set when an acceleration process is recognized is selected as a function of the steering angle ⁇ . If, after the setting of the acceleration clutch state, the steering angle ⁇ changes even before the relevant locking or distributor clutch has been completely opened again, the control unit 42 preferably adapts the clutch state depending on the (changed) steering angle. Here, she can fall back on the same characteristic curve that she also used for the steering angle dependency of the initially set acceleration-clutch state.
  • control routine that is executed by the control program 48.
  • this control routine is referred to as an acceleration module.
  • acceleration module As part of the “acceleration module” routine, only the engine torque signal M is evaluated, but not the pedal position signal s. As already mentioned, only the pedal position signal s can be evaluated instead, or both signals can be used to identify an acceleration process.
  • step S1 of the “acceleration module” routine the engine torque signal M is recorded.
  • step S2 a first time derivative of the signal M is calculated.
  • step S3 it is checked whether an acceleration clutch state of the lock-up or distributor clutch is set If no, it is checked in a step S4 whether the calculated first time derivative of the engine torque signal M reaches or exceeds a predetermined threshold value SM, if not, the routine returns to step S1, and if so, in a subsequent step S5 checked whether the vehicle speed is is zero. If this is not the case, that is to say the vehicle speed is zero, the routine goes back to step S1.
  • an acceleration clutch state of the lock-up or distributor clutch is set in a step S6.
  • This acceleration clutch state is selected as a function of the steering angle ⁇ and, if appropriate, as a function of the vehicle speed v.
  • step S7 it is checked in a step S7 whether the first time derivative of the engine torque has fallen below the threshold value. As long as the first time derivative of the engine torque has not dropped below the threshold value, the acceleration clutch state is maintained. If, on the other hand, it has fallen below the threshold value, the acceleration clutch state is released in step S8 and the lock-up or distributor clutch is opened as a function of the time or another operating parameter of the vehicle. The routine then goes back to step S1.
  • any coupling type that can be actively set to a desired coupling condition is suitable as a distributor or locking coupling.
  • the various clutches shown in the drive train configurations of FIGS. 1 and 2 can be formed by wet-running multi-plate friction clutches.
  • the acceleration clutch state can also be selected depending on the value of the first time derivative of the engine torque signal and / or the pedal position signal. If the signal in question increased more sharply, a more closed acceleration
  • Clutch state can be set than with a less steep increase in this signal.
  • Such a dependency can be a further reason why, in FIG. 6, the duty cycle T is only increased to the value T 2 when the motor torque signal M rises a second time, because the slope of the signal M is less on this second rise than on the first rise.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Steuerung einer Kraftfahrzeug-Drehmomentübertragungskupplung (36) vorgeschlagen, deren Kupplungszustand das Verteilungsverhältnis eines Antriebsmoments zwischen einer ersten (24) und einer zweiten (26) Radanordnung des Fahrzeugs (10) bestimmt. Erfindungsgemäß wird mindestens ein von einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs verschiedener Betriebsparameter des Fahrzeugs auf eine vorbestimmte Bedingung überwacht, welche für einen von einem Fahrer des Fahrzeugs eingeleiteten, im Sinne einer Geschwindigkeitserhöhung wirkenden Beschleunigungsvorgang repräsentativ ist. Bei Erkennung eines Beschleunigungsvorgangs wird die Kupplung (36) in einen vorbestimmten, Beschleunigungs-Kupplungszustand eingestellt. Als repräsentativer Betriebsparameter zur Erkennung eines Beschleunigungsvorgangs wird vorzugsweise das Motormoment, welches von einem Antriebsmotor (12) des Fahrzeugs bereitgestellt wird, oder/und die Stellung eines Gaspedals (54) des Fahrzeugs verwendet.

Description

Verfahren und Anordnung zur Steuerung einer Kraftfahrzeuα- Drehmomentübertraαunαskupplunα
Die Erfindung befasst sich mit der aktiven Steuerung der Drehmomentverteilung zwi- sehen Rädern eines Kraftfahrzeugs.
Ausgleichsgetriebe (Differentiale) werden in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um unterschiedliche Drehzahlen zwischen verschiedenen Rädern des Fahrzeugs zu ermöglichen. Dabei wird gemeinhin zwischen Querdifferentialen (Achsdifferentialen) und Zentraldifferentialen unterschieden. Querdifferentiale ermöglichen Drehzahlunterschiede zwischen Rädern einer Achse des Fahrzeugs, während Zentraldifferentiale derartige Unterschiede zwischen Rädern verschiedener Achsen ermöglichen.
Differentialsperren wirken der Ausgleichswirkung des Differentials entgegen. Es sind passive Differentialsperren bekannt, bei denen die Sperrwirkung von einer Drehzahldifferenz abhängt. Ein Beispiel einer solcher drehzahldifferenzabhängigen Differentialsperre ist eine Visco-Kupplung. Die Sperrwirkung der Visco-Kupplung beruht auf Flüssigkeitsreibung. Es gibt auch drehmomentabhängige Differentialsperren, beispielsweise das sogenannte Torsen-Differential. Eine gezielte Beeinflussung der Sperrwirkung ist bei passiven Systemen nicht möglich.
Im Unterschied zu passiven Systemen kann bei aktiven Differentialsperren die Sperrwirkung definiert eingestellt werden. Als aktive Differentialsperren finden steuerbare Kupplungen Anwendung, die zumeist stufenlos zwischen einem vollständig geöffneten Zustand, in dem sie kein Drehmoment übertragen und dementsprechend keine Sperrwirkung entfalten, und einem vollständig geschlossenen Zustand verstellt werden können, in dem sie einen maximalen Anteil des durch das Differential aufzuteilenden Antriebsmoments übertragen und entsprechend eine maximale Sperrwirkung entfalten. Ein Beispiel einer für aktive Differentialsperren verwendeten Kupplung ist eine Lamellenkupplung, bei der die Sperrwirkung auf der Reibung von Reiblamellen aneinander beruht.
Bei Allrad-Fahrzeugen ist der Allradantrieb oftmals nicht permanent, sondern als sogenanntes "On Demand"-Konzept verwirklicht. Bei Fahrzeugen mit dieser Technik enthält der Antriebsstrang eine primär angetriebene Achse, wobei durch Schließen einer Kupplung eine sekundäre Achse zugeschaltet werden kann. Derartige Kupplungen werden nachfolgend Verteilerkupplungen genannt. Ist die Verteilerkupplung of- fen, erhält die sekundäre Achse kein Antriebsmoment, ist sie dagegen zumindest teilweise geschlossen, wird ein Teil des vom Antriebsmotor des Fahrzeugs zur Verfügung gestellten Motormoments zur sekundären Achse geleitet.
Auch bei Verteilerkupplungen wird zwischen passiven und aktiven Lösungen unterschieden. Für passive Lösungen werden beispielweise wiederum Visco-Kupplungen eingesetzt, die auf das Auftreten eines Schlupfes (Drehzahldifferenz) zwischen primärer und sekundärer Achse ansprechen und selbsttätig schließen, wobei der Grad des Schließens schlupfabhängig ist. Aktive Lösungen umfassen eine aktiv steuerbare Kupplung, beispielsweise wiederum eine Lamellenkupplung.
Verteilerkupplungen wie auch Sperrkupplungen (d.h. Kupplungen für Differentialsperren) sind demnach Komponenten, die durch ihren Kupplungszustand die Verteilung eines Antriebsmoments auf verschiedene Räder - oder allgemein Radanordnungen - des Fahrzeugs bestimmen. Der Begriff "Radanordnung" ist hier so zu verstehen, dass er sowohl ein einzelnes Rad als auch zwei oder mehr Räder umfasst. Beispielsweise bestimmt eine zentral in den Antriebsstrang zwischen einer Vorder- und einer Hinterachse geschaltete Verteilerkupplung das Verhältnis, in dem Antriebsmoment zwischen den (jeweils mehreren) Rädern dieser beiden Achsen aufgeteilt wird. Eine Sperrkupplung eines Querdifferentials bestimmt dagegen das Verhältnis, in dem ein der betreffenden Achse zur Verfügung gestelltes Antriebsmoment auf das (mindestens eine) linke und das (mindestens eine) rechte Rad dieser Achse aufgeteilt wird.
Bei gesteuerten Kupplungen zur Steuerung der Drehmomentverteilung in einem Fahrzeug, seien es Verteilerkupplungen oder seien es Sperrkupplungen, erfolgt bisher eine Aktivierung der Kupplung erst dann, wenn eine bestimmte minimale Drehzahldifferenz zwischen Rädern des Fahrzeugs erfasst wird. Hierzu wird die Raddrehzahl der einzelnen Räder sensorisch erfasst und an eine elektronische Steuereinheit geliefert, die daraus den Schlupf ermittelt. Ein bestimmter Bereich kleiner Drehzahldifferenzen wird oftmals zugelassen, um beispielsweise solche Drehzahldifferenzen außer Acht zu lassen, die allein schon durch unterschiedlich starke Abnutzung der Reifen hervorgerufen werden. Auch ist es bekannt, die Regelschwelle mit zunehmender Geschwindigkeit und zunehmendem Lenkwinkel des Fahrzeugs zu erhöhen. Sobald jedoch die detektierte Drehzahldifferenz die Regelschwelle überschreitet, sendet die Steuereinheit einen entsprechenden elektronischen Befehl an die Kupplung. Abhängig davon, wie stark die erfasste Drehzahldifferenz ist, wird die Kupplung mehr oder weniger stark geschlossen, um so dem Schlupf entgegenzuwirken. Es hat sich allerdings gezeigt, dass die bisherigen Systeme zur Steuerung von aktiven Verteiler- und Sperrkupplungen bei Beschleunigungsvorgängen (mit positiver Beschleunigung, d.h. Geschwindigkeitserhöhung) ungenügend arbeiten. Solche Be- schleunigungsvorgänge führen häufig zu einem Durchdrehen einzelner Räder oder Achsen. Dies hat zur Folge, dass eine Drehzahldifferenz zwischen den Rädern einer Achse und/oder zwischen den Rädern verschiedener Achsen auftritt, die zunächst sensiert und dann von der Steuereinheit berechnet werden muss. Anschließend muss von der Steuereinheit ein Steuerbefehl zum Schließen der Kupplung ausgesendet werden, bevor Letztere geschlossen wird.
Die elektrische und die mechanische Signalstrecke bringen dabei eine Zeitverzögerung mit sich, während der die Drehzahldifferenz weiter ansteigen kann. Diese Verzögerungen können zum Auftreten vergleichsweise hoher Drehzahldifferenzen führen, mit der Folge entsprechend mangelhafter Traktion und indifferenten fahrdynamischen Verhaltens des Fahrzeugs. Herkömmliche reine Drehzahldifferenz-Regler können die plötzlich auftretenden Drehzahldifferenzen nicht rasch genug auf den Zielwert herunterbringen, ohne Schwingungen zu vermeiden. Deshalb ist der Regler in der Steuereinheit typischerweise so ausgelegt, dass die Drehzahldifferenz ver- gleichsweise langsam reduziert wird. Dies hat einen entsprechend langsamen Aufbau des Kupplungsmoments zur Folge.
Von vielen Fahrern wird ein derart verzögertes Ansprechen der Verteiler- oder Sperrkupplung als unakzeptabel empfunden, da sie zunächst ein Durchdrehen des oder der Räder wahrnehmen, bevor die Traktion spürbar und insbesondere ruckartig zunimmt. Fahrdynamisch kann dieses verzögerte Ansprechen eine signifikante, abrupte Änderung des Fahrverhaltens des Fahrzeugs bewirken. Beispielsweise kann das Fahrzeug während der Phase, in der die Drehzahldifferenz ansteigt, ein untersteuerndes Fahrverhalten zeigen, welches sich auf das Schließen der Kupplung hin relativ schnell in ein Übersteuern umkehren kann. Viele Fahrer sind mit derart überraschenden Wechseln des Fahrverhaltens des Fahrzeugs überfordert, was bei falscher Reaktion des Fahrers zu gefährlichen Situationen führen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, das fahrdynamische Verhalten eines mit einer aktiv steuerbaren Sperr- oder Verteilerkupplung ausgestatteten Fahrzeugs zu verbessern. Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Steuerung einer Kraftfahrzeug-Drehmomentübertragungskupplung, deren Kupp- lungszustand das Verteilungsverhältnis eines Antriebsmoments zwischen einer ersten und einer zweiten Radanordnung des Fahrzeugs bestimmt, wobei die Kupplung zwischen einem ersten Endzustand, in dem sie im wesentlichen kein Drehmoment überträgt, einem zweiten Endzustand, in dem sie einen maximalen Anteil des An- triebsmoments überträgt, und einer Vielzahl von Zwischenzuständen zwischen den beiden Endzuständen verstellbar ist.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass mindestens ein von einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs verschiedener Betriebsparameter des Fahrzeugs auf eine vorbe- stimmte Bedingung überwacht wird, welche für einen von einem Fahrer des
Fahrzeugs eingeleiteten, im Sinne einer Geschwindigkeitserhöhung wirkenden Beschleunigungsvorgang repräsentativ ist, und dass bei Erkennung eines Beschleunigungsvorgangs die Kupplung in einen vorbestimmten, von dem ersten Endzustand verschiedenen Beschleunigungs-Kupplungszustand eingestellt wird.
Die erfindungsgemäße Lösung geht den Weg, durch Überwachung mindestens eines geschwindigkeitsfremden Betriebsparameters des Fahrzeugs einen bevorstehenden Beschleunigungsvorgang zu erkennen. Dabei wird dieser Betriebsparameter auf ein zuvor definiertes Verhaltensmuster untersucht, das vernünftigerweise auf einen sol- chen Beschleunigungsvorgang schließen lässt. Wird dann eine bevorstehende Beschleunigung des Fahrzeugs erkannt, wird ein solcher Kupplungszustand eingestellt, der die bisher beobachteten Drehzahldifferenzen gar nicht erst auftreten lässt oder zumindest nur in erheblich geringerem Maß auftreten lässt. Die Kupplung wird sozusagen vorbeugend (teilweise oder vollständig) geschlossen. Damit lassen sich die Traktion verbessern und das Fahrverhalten des Fahrzeugs stabilisieren. Insbesondere kann so das oben angesprochene plötzliche Umschlagen zwischen untersteuerndem und übersteuerndem Verhalten vermieden werden.
Eine bestimmte Geschwindigkeitszunahme innerhalb einer bestimmten Zeitspanne eignet sich nicht als Indikator für einen bevorstehenden Beschleunigungsvorgang. Wenn eine solche Geschwindigkeitszunahme stattfindet, ist der Beschleunigungsvorgang schließlich bereits im Gange. Drehzahldifferenzen sind dann möglicherweise schon aufgetreten. Der Beschleunigungsvorgang soll jedoch vorteilhafterweise erkannt werden, bevor die beschleunigungsbedingten Drehzahldifferenzen auftreten.
Zweckmäßige Indikatoren für einen bevorstehenden Beschleunigungsvorgang können dagegen die Stellung eines Gaspedals des Fahrzeugs sowie das von einem An- triebsmotor des Fahrzeugs bereitgestellte Motormoment sein. Zur Erkennung eines Beschleunigungsvorgangs wird deshalb vorzugsweise ein für die Gaspedalstellung repräsentatives Pedalstellungssignal oder/und ein für das Motormoment repräsentatives Motormomentensignal überwacht.
Dabei wird zweckmäßigerweise aus dem Motormomentensignal eine zeitliche Ableitung des Motormoments ermittelt und ein Beschleunigungsvorgang zumindest abhängig davon festgestellt, dass die zeitliche Ableitung des Motormoments einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt. Alternativ oder zusätzlich wird aus dem Pedalstellungssignal eine zeitliche Ableitung der Gaspedalstellung ermittelt und ein Beschleunigungsvorgang zumindest abhängig davon festgestellt, dass die zeitliche Ableitung der Gaspedalstellung einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
Bei der zeitlichen Ableitung des Motormomentensignals bzw. des Pedalstellungssig- nals kann es sich um die erste zeitliche Ableitung des betreffenden Signals, aber auch um die zweite zeitliche Ableitung handeln. Es ist sogar denkbar, beide zeitlichen Ableitungen zur Erkennung eines bevorstehenden Beschleunigungsvorgangs auszuwerten.
Vorzugsweise ist der Beschleunigungs-Kupplungszustand ein Zwischenzustand der Kupplung, d.h. ein Kupplungszustand, bei dem die Kupplung nur teilweise geschlossen ist. Dieser Zwischenzustand ist bevorzugt so gewählt, dass die Kupplung weniger als 80% des maximal von ihr übertragbaren Anteils des Antriebsmoments überträgt. Es ist freilich nicht grundsätzlich ausgeschlossen, für den Beschleunigungs- Kupplungszustand die Kupplung vollständig zu schließen, sie also in den zweiten Endzustand einzustellen.
Es hat sich gezeigt, dass die traktionsverbessernde und stabilisierende Wirkung der Erfindung optimiert werden kann, wenn für unterschiedliche Lenkwinkel des Fahr- zeugs ein unterschiedlicher Beschleunigungs-Kupplungszustand eingestellt wird. Es wird deshalb in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass der Beschleuni- gungs-Kupplungszustand abhängig von einem Lenkwinkel des Fahrzeugs festgelegt wird.
Insbesondere kann dabei so vorgegangen werden, dass zumindest in einem vorbestimmten Lenkwinkelbereich bei einer geringeren Abweichung des Lenkwinkels von einem einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs entsprechenden Null-Lenkwinkel ein Beschleunigungs-Kupplungszustand gewählt wird, in dem ein größerer Anteil des Antriebsmoments über die Kupplung übertragen wird, und bei einer größeren Abweichung des Lenkwinkels von dem Null-Lenkwinkel ein Beschleunigungs-Kupplungszu- stand gewählt wird, in dem ein geringerer Anteil des Antriebsmoments über die Kupplung übertragen wird.
Es hat sich ferner gezeigt, dass es vorteilhaft sein kann, den Beschleunigungs- Kupplungszustand abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs festzulegen.
Es kann vorgesehen sein, dass das Beschleunigungs-Kupplungsmoment nur dann eingestellt wird, wenn eine von Null verschiedene Geschwindigkeit des Fahrzeugs vorliegt. Hierzu muss natürlich die Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechend überwacht werden. Es kann sogar eine von Null verschiedene untere Schwelle für die Fahrzeuggeschwindigkeit definiert werden, die überschritten werden muss, bevor das Beschleunigungs-Kupplungsmoment eingestellt wird.
Nach Einstellung des Beschleunigungs-Kupplungszustands wird die Kupplung vorzugsweise in Abhängigkeit mindestens eines der folgenden Parameter wieder geöffnet: Zeit, Stellung eines Gaspedals des Fahrzeugs, Geschwindigkeit des Fahrzeugs, bereitgestelltes Motormoment eines Antriebsmotors des Fahrzeugs. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Kupplung nicht länger als erforderlich Kupplungsmoment überträgt.
Wie bereits weiter oben erwähnt, können die beiden Radanordnungen an einer ge- meinsamen Achse angeordnet sein und die Kupplung als steuerbare Sperrkupplung eines Querdifferentials dieser Achse dienen. Ebenso können die beiden Radanordnungen an verschiedenen Achsen des Fahrzeugs angeordnet sein und die Kupplung als steuerbare Sperrkupplung eines Zentraldifferentials eines das Antriebsmoment auf die beiden Achsen verteilenden Verteilergetriebes des Fahrzeugs dienen. Auch können die beiden Radanordnungen an verschiedenen Achsen des Fahrzeugs angeordnet sein und die Kupplung als steuerbare Verteilerkupplung zur Verteilung des Antriebsmoments auf die beiden Radanordnungen dienen.
Vorzugsweise umfasst die Kupplung eine elektromotorische Stelleinheit, welche zur Verstellung des Kupplungszustands der Kupplung elektrisch angesteuert wird. Grundsätzlich sind beliebige Stellprinzipien vorstellbar. Eine Möglichkeit besteht in einem Stellmechanismus mit zwei axial gegenüberliegenden, relativ zueinander verdrehba- ren Scheibenteilen, die zwischen sich eine Kugelanordnung aufnehmen, wobei diese Kugelanordnung an mindestens einer Rampenbahn mindestens eines der Scheibenteile geführt ist. Durch relatives Verdrehen der beiden Scheibenteile kann dabei eine Verlagerung der Kugelanordnung entlang der mindestens einen Rampenbahn herbei- geführt werden, was den axialen Abstand zwischen den beiden Scheibenteilen beein- flusst.
Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zur Steuerung einer Kraftfahrzeug- Drehmomentübertragungskupplung, deren Kupplungszustand das Verteilungsver- hältnis eines Antriebsmoments zwischen einer ersten und einer zweiten Radanordnung des Fahrzeugs bestimmt, wobei die Kupplung zwischen einem ersten Endzustand, in dem sie im wesentlichen kein Drehmoment überträgt, einem zweiten Endzustand, in dem sie einen maximalen Anteil des Antriebsmoments überträgt, und einer Vielzahl von Zwischenzuständen zwischen den beiden Endzuständen verstellbar ist. Erfindungsgemäß umfasst diese Anordnung eine die Kupplung steuernde elektronische Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist, mindestens einen von einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs verschiedenen Betriebsparameter des Fahrzeugs auf eine vorbestimmte Bedingung zu überwachen, welche für einen von einem Fahrer des Fahrzeugs eingeleiteten, im Sinne einer Geschwindigkeitserhöhung wirkenden Beschleunigungsvorgang repräsentativ ist, und bei Erkennung eines Beschleunigungsvorgangs die Kupplung in einen vorbestimmten, von dem ersten Endzustand verschiedenen Beschleunigungs-Kupplungszustand einzustellen. Die Anordnung kann weitere der zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Merkmale aufweisen.
Außerdem betrifft die Erfindung einen Programmcode, der dazu bestimmt und ausgelegt ist, bei Ausführung auf einem programmgesteuerten Rechner eines Kraftfahrzeugs die Durchführung des Verfahrens der vorstehend beschriebenen Art zu bewirken. Ein solcher Programmcode kann auf einem digitalen Speichermedium, et- wa einer magnetisch oder optisch lesbaren Informationsträgerscheibe, bereitgestellt werden, weshalb sich die Erfindung auch auf ein solches Speichermedium mit darauf gespeichertem maschinenlesbaren Programmcode zur Ausführung des Verfahrens der vorstehend beschriebenen Art erstreckt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar: Figur 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines mechanischen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit für die Steuerung von Sperrkupplungen des Antriebsstrangs benötigten elektrischen und elektronischen Komponenten,
Figur 2 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines mechanischen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit für die Steuerung einer Verteilerkupplung des Antriebsstrangs benötigten elektrischen und elektronischen Komponenten,
Figur 3 ein qualitatives Kennliniendiagramm für die Abhängigkeit eines bei Erkennung eines Beschleunigungsvorgangs einzustellenden Beschleunigungs-Kupplungszustands von einem Lenkwinkel des Fahrzeugs,
Figur 4 ein qualitatives Kennliniendiagramm für die Abhängigkeit des Beschleuni- gungs-Kupplungszustands von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs,
Figur 5 ein qualitatives Kennliniendiagramm, das die Zeitabhängigkeit der Rückführung einer Verteiler- oder Sperrkupplung von einem Beschleunigungs-Kupplungszu- stand in Richtung hin zu einem geöffneten Zustand veranschaulicht,
Figur 6 ein beispielhaftes Zeitdiagramm verschiedener Betriebsparameter des Fahrzeugs bei Beschleunigungsvorgängen und
Figur 7 ein Flussdiagramm, das Schritte eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens darstellt.
In Figur 1 ist ein mechanischer Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs gezeigt, der allgemein mit 10 bezeichnet ist. Der Antriebsstrang 10 enthält einen Antriebsmotor 12, von dem für den Vortrieb des Fahrzeugs nutzbares Motormoment bereitgestellt wird. Der Antriebsmotor 12 kann beispielsweise eine Brennkraftmaschine oder ein elekt- romotorisches Antriebsaggregat sein. Dem Antriebsmotor 12 nachgeschaltet ist ein Wechselgetriebe 14, welches beispielsweise ein handschaltbares Getriebe oder ein Automatikgetriebe sein kann. Zwischen dem Antriebsmotor 12 und dem Wechselgetriebe 14 kann eine in Figur 1 nicht näher dargestellte Schaltkupplung angeordnet sein. Das von dem Wechselgetriebe 14 gewandelte Motormoment des Antriebsmo- tors 12 wird mittels eines Verteilergetriebes 16 in einem vorbestimmten symmetrischen oder unsymmetrischen Verhältnis auf eine Vorderachse 18 und eine Hinterachse 20 des Fahrzeugs aufgeteilt. Der zur Vorderachse 18 geleitete Teil des Motormoments wird mittels eines ersten Ausgleichsgetriebes (Differential) 22 auf ein linkes und ein rechtes gelenktes Vorderrad 24 bzw. 26 des Fahrzeugs aufgeteilt. Das durch das Differential 22 bewirkte Verteilungsverhältnis des an der Vorderachse 18 verfügbaren Antriebsmoments beträgt im ungesperrten Fall 50%:50%. Ähnlich wird der von dem Verteilergetriebe 16 der Hinterachse 20 zugeteilte Anteil des Motormoments mittels eines zweiten Differentials 28 zu gleichen Teilen auf ein linkes und ein rechtes Hinterrad 30 bzw. 32 des Fahrzeugs aufgeteilt.
Dem Verteilergetriebe 16 ist eine stufenlos steuerbare Sperrkupplung 34 zugeordnet, mittels der ein Zentraldifferential des Verteilergetriebes 16 teilweise oder vollständig sperrbar ist. Auch den Achsdifferentialen (Querdifferentialen) 22, 28 ist je eine stufenlos steuerbare Sperrkupplung 36 bzw. 38 zugeordnet, die eine teilweise oder vollständige Sperrung des betreffenden Differentials ermöglicht. Die Sperrkupplungen 34, 36, 38 sind jeweils mit einer elektromotorischen Stelleinheit 40 mechanisch ge- koppelt, durch die ein gewünschter Kupplungszustand der jeweiligen Sperrkupplung eingestellt werden kann. Die Stelleinheiten 40 werden von einer elektronischen Steuereinheit 42 gesteuert, die entsprechende elektrische Steuersignale an die Stelleinheiten 40 liefert. Es versteht sich, dass jede der Stelleinheiten 40 und damit jede der Sperrkupplungen 34, 36, 38 individuell steuerbar ist.
Zur elektrischen Signalübertragung von und zu der Steuereinheit 42 dient eine serielle Busanordnung 43, die beispielsweise als CAN-(Controller Area Network) Bus ausgebildet sein kann. Schnittstellen, Protokolle und elektrische Schaltungstechnik für die Signalübertragung auf einem CAN-Bus sind weithin bekannt und müssen nicht näher erläutert werden. Es versteht sich, dass alternativ zu einer Busanordnung auch eine individuelle Verdrahtung der verschiedenen elektrischen Komponenten des Fahrzeugs mit der Steuereinheit 42 gegeben sein kann.
Die Steuereinheit 42 weist einen programmgesteuerten Mikroprozessor 44 auf, wel- eher nach Maßgabe eines in einem elektronischen Speicher 46 der Steuereinheit 42 abgelegten Steuerprogramms geeignete Steuersignale für die Stelleinheiten 40 erzeugt. Das Steuerprogramm ist schematisch in Figur 1 bei 48 angedeutet. Zur Erzeugung geeigneter Steuersignale für die Stelleinheiten 40 ist die Steuereinheit 42 auf Informationen über verschiedene Betriebsparameter des Fahrzeugs angewiesen. Zu diesem Zweck kann sie über die Busanordnung 43 auf verschiedene Signale zugreifen, die für diese Betriebsparameter repräsentativ sind. Beispielsweise stellen Drehzahlsensoren 50 Informationen über die Drehzahl jedes der Räder 24, 26, 30 32 bereit. Aus den gemessenen Raddrehzahlen kann die Steuereinheit 42 etwaige Drehzahldifferenzen zwischen den Rädern der Vorderachse 18, zwischen den Rädern der Hinterachse 20 sowie zwischen den Achsen 18, 20 berechnen. Außerdem kann die Steuereinheit 42 nach in der Fachwelt an sich bekannten Methoden eine Geschwin- digkeit des Fahrzeugs ermitteln.
Die Steuereinheit 42 kann ferner auf ein Motormomentensignal zugreifen, welches für das bereitgestellte Motormoment des Antriebsmotors 12 repräsentativ ist und von einem schematisch angedeuteten Momentensensor 52 auf die Busanordnung 43 ausgegeben wird. Ferner hat die Steuereinheit 42 über die Busanordnung 43 Zugriff auf ein Pedalstellungssignal, welches die Stellung eines Gaspedals 54 des Fahrers angibt. Die Pedalstellung wird von einem Pedalstellungssensor 56, der beispielsweise ein Potentiometersensor sein kann, erfasst.
Über die Busanordnung 43 kann die Steuereinheit 42 zudem auf ein Gangstellungssignal und ein Lenkwinkelsignal zugreifen. Das Gangstellungssignal wird von einem Gangstellungssensor 58 bereitgestellt, welcher die Gangstellung des Wechselgetriebes 14 erfasst. Aus dem Gangstellungssignal kann die Steuereinheit 42 erkennen, ob und welcher Gang eingelegt ist. Das Lenkwinkelsignal wird von einem Drehwinkel- sensor 60 geliefert, welcher die Drehstellung eines Lenkrads 62 des Fahrzeugs bzw. einer das Lenkrad 62 tragenden Lenksäule erfasst. Die Drehstellung des Lenkrads 62 bzw. der Lenksäule ist ein Maß für den in Figur 1 mit α beizeichneten Lenkwinkel des Fahrzeugs, d.h. die Winkelabweichung der Vorderräder 24, 26 von einer Geradeausstellung.
Während Figur 1 den Fall eines Fahrzeugs mit permanentem Allradantrieb betrifft, zeigt Figur 2 den Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit bedarfsweise zuschaltbarem Allradantrieb. Dieses Konzept ist auch unter der Bezeichnung "On Demand"-Technik bekannt. In Figur 2 sind gleiche oder gleichwirkende Komponenten mit gleichen Be- zugszeichen wie in Figur 1 versehen, jedoch ergänzt um einen Kleinbuchstaben. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird nachfolgend lediglich auf Unterschiede zum Ausführungsbeispiel der Figur 1 eingegangen. Bei dem Fahrzeug mit dem in Figur 2 gezeigten Antriebsstrang handelt es sich um ein Fahrzeug mit Vorderachsantrieb, bei dem die Hinterachse mittels einer stufenlos steuerbaren Verteiler- kupplung 64a antriebsmäßig zuschaltbar ist. Die Verteilerkupplung 64a ist zwischen Achsdifferentiale 22a, 28a der Vorderachse 18a bzw. der Hinterachse 20a geschaltet. Sie ersetzt das Verteilergetriebe 16 des Ausführungsbeispiels der Figur 1 und erlaubt eine beliebige Aufteilung des vom Antriebsmotor 12a bereitgestellten Motormoments auf die beiden Achsen 18a, 20a. Der Kupplungszustand der Verteilerkupplung 64a kann durch eine von der Steuereinheit 42a steuerbare elektromotorische Stelleinheit 40a nach Wunsch eingestellt werden.
Die Figuren 1 und 2 stellen lediglich Beispiele von Antriebsstrangkonfigurationen dar, bei denen die Erfindung eingesetzt werden kann. Es versteht sich, dass verschiedene andere Konfigurationen des Antriebsstrangs vorstellbar sind. Beispielsweise kann bei dem "On-Demand"-Konzept der Figur 2 die Hinterachse 20a die primär angetriebene Achse bilden, während die Vorderachse 18a als sekundäre Achse bei Bedarf zuschaltbar ist. In diesem Fall muss die Verteilerkupplung 64a an eine Stelle zwischen dem Wechselgetriebe 14a und dem Vorderachsdifferential 22a verlegt werden. Ebenso kann es sich um ein Fahrzeug mit reinem Vorderachsantrieb oder Hinterachsantrieb handeln, wo stets nur eine Achse angetrieben ist. Auch muss die Bestückung der Differentiale mit aktiv steuerbaren Sperrkupplungen nicht so sein, wie in den
Figuren 1 und 2 dargestellt. Beispielsweise kann in Figur 1 die aktiv steuerbare Kupplung 36 des Vorderachsdifferentials 22 oder/und die aktiv steuerbare Kupplung 38 des Hinterachsdifferentials 28 weggelassen oder durch eine passive, drehzahldiffe- renz- oder drehmomentfühlende Sperrkupplung ersetzt werden. Umgekehrt können in Figur 2 eines oder beide der Differentiale 22a, 28a mit einer aktiv steuerbaren Sperrkupplung versehen werden. Unabhängig von der konkreten Antriebsstrangkonfiguration kann die Erfindung bei jeder aktiv steuerbaren Verteiler- oder Sperrkupplung Anwendung finden, durch deren Kupplungszustand sich das Verteilungsverhältnis eines Antriebsmoments auf verschiedene Räder des Fahrzeugs beeinflussen lässt.
Nachfolgend wird ein Steuerkonzept für die Vorderachs-Sperrkupplung 36 der Figur 1 erläutert. Dieses Steuerkonzept ist sinngemäß auf die beiden anderen Sperrkupplungen 34, 38, auf die Verteilerkupplung 64a und generell auf jede andere Sperr- oder Verteilerkupplung übertragbar, die die Drehmomentverteilung in einem Antriebs- sträng eines Kraftfahrzeugs beeinflusst. Im Normalfall ist die Sperrkupplung 36 offen, d.h., sie überträgt kein Kupplungsmoment. Das Differential 22 wirkt dann als offenes Differential. Sobald die Steuereinheit 42 aus den Raddrehzahlen der Vorderräder 24, 26 eine Drehzahldifferenz erfasst, gibt sie ein Steuersignal an die entsprechende Stelleinheit 40 aus, das eine Überführung der Sperrkupplung 36 in einen zumindest teilweise geschlossenen Kupplungszustand bewirkt. Das wenigstens teilweise Schließen der Sperrkupplung 36 legt ein Sperrmoment an das Differential 22 an, das der Ausgleichswirkung des Differentials 22 entgegenwirkt. Die Steuereinheit 42 ist Teil eines Regelkreises, der Drehzahldifferenzen zwischen den Vorderrädern 24, 26 auf einen minimalen Wert gleich oder nahe Null einzuregeln versucht. Die Steuereinheit 42 enthält hierzu einen in Software oder Hardware imp- lementierten Drehzahldifferenz-Regler, dem die erfasste Drehzahldifferenz als Regeldifferenz zugeführt wird. Das von dem Drehzahldifferenz-Regler ausgegebene Signal wird sodann in ein entsprechendes Steuersignal für die Stelleinheit 40 umgesetzt. Da allein schon durch unterschiedliche Abnutzung der Vorderräder 24, 26 oder andere Unsymmetrien eine geringe Drehzahldifferenz auftreten kann, ist zweckmäßigerweise eine Regelschwelle festgelegt, unterhalb der die Steuereinheit 42 nicht auf Drehzahldifferenzen reagiert.
Die Steuereinheit 42 spricht jedoch nicht nur auf Drehzahldifferenzen zwischen den Vorderrädern 24, 26 an, sondern auch auf bevorstehende Beschleunigungsvorgänge. Da die Wahrscheinlichkeit von traktionsmindernden und möglicherweise das fahrdynamische Verhalten des Fahrzeugs verschlechternden Drehzahldifferenzen zwischen den Vorderrädern 24, 26 bei Beschleunigung des Fahrzeugs vergleichsweise hoch ist, enthält das Steuerprogramm 48 der Steuereinheit 42 einen Algorithmus, der ein präventives wenigstens teilweises Schließen der Sperrkupplung 36 bewirkt, wenn ein bevorstehender Beschleunigungsvorgang erkannt wird.
Zu diesem Zweck überwacht die Steuereinheit 42 unter anderem das Motormomentensignal und das Pedalstellungssignal. In diesem Zusammenhang wird nunmehr auf Figur 6 verwiesen. Dort sind beispielhafte Zeitverläufe des Motormomentensignals (bezeichnet mit M) und des Pedalstellungssignals (bezeichnet mit s) im Fall eines vom Fahrer eingeleiteten Beschleunigungsvorgangs dargestellt. Man erkennt, dass das Pedalstellungssignal s in kurzer Zeit sehr stark ansteigt und anschließend auf einem hohen Pegel verharrt. Dies entspricht einem vergleichsweise plötzlichen, starken Niedertreten des Gaspedals 54 durch den Fahrer, möglicherweise bis zum End- anschlag. Der im wesentlichen gleichbleibende Wert des Pedalstellungssignals s nach dem anfänglichen Anstieg entspricht dem Niederhalten des Gaspedals 54 in der gedrückten Stellung.
Bedingt durch das Niedertreten des Gaspedals 54 steigt das vom Antriebsmotor 12 bereitgestellte Motormoment an. Dementsprechend weist das Motormomentensignal M in Figur 6 einen vergleichsweise starken Anstieg in dem Zeitbereich auf, in dem auch das Pedalstellungssignal s ansteigt. Bei dem beispielhaften Zeitdiagramm der Figur 6 fällt das Motormomentensignal M nach seinem anfänglichen Anstieg etwas ab, bevor es einen weiteren, diesmal schwächeren Anstieg zeigt. Dieser weitere Anstieg des Motormomentensignals kann z. B. aus einem Schaltvorgang eines vollautomatischen Wechselgetriebes nach sehr starkem, insbesondere vollständigem Niedertreten des Gaspedals 54 (Kick-Down) resultieren.
Eingezeichnet ist in Figur 6 ferner ein beispielhafter zeitlicher Verlauf der mit v be- zeichneten Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Man erkennt deutlich den durch das Niedertreten des Gaspedals 54 herbeigeführten Geschwindigkeitsanstieg.
Um rechtzeitig zu erkennen, wann ein Beschleunigungsvorgang stattfindet, ermittelt die Steuereinheit 42 aus wenigstens einem der beiden Signale s, M eine erste zeitli- ehe Ableitung, d.h. eine zeitliche Änderungsrate. Die Steuereinheit 42 kann sich dabei auf das Motormomentensignal M beschränken. Sie kann aber auch alleine das Pedalstellungssignal s heranziehen oder sogar beide Signale auswerten. Sodann vergleicht die Steuereinheit 42 die berechnete erste zeitliche Ableitung des Motormomentensignals M bzw. des Pedalstellungssignals s mit einem vorbestimmten Schwellenwert. Falls die berechnete zeitliche Ableitung den vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, liegt für die Steuereinheit 42 ein Indikator vor, das ein Beschleunigungsvorgang vom Fahrer eingeleitet wurde. Der Schwellenwert für die erste zeitliche Ableitung des Motormomentensignals M bzw. des Pedalstellungssignals S ist so festgelegt, dass die Steuereinheit 42 nur auf hinreichend starke Beschleu- nigungsvorgänge anspricht, bei denen mit signifikanten Drehzahlunterschieden gerechnet werden muss. Bei genügend langsamen Beschleunigungsvorgängen besteht in der Regel kein Bedarf, ein Sperrmoment an das Differential 22 anzulegen.
Sobald die Steuereinheit 42 feststellt, dass das Motormomentensignal M oder/und das Pedalstellungssignal s den betreffenden Schwellenwert für die erste zeitliche Ableitung übersteigt, bewirkt sie die Einstellung eines vorbestimmten Beschleunigungs- Kupplungs-zustands an der Sperrkupplung 36. Die Sperrkupplung 36 wird hierzu nicht vollständig geschlossen. Vielmehr ist sie in dem Beschleunigungs-Kupp- lungszustand nur teilweise geschlossen. Das in dem Beschleunigungs-Kupplungszu- stand aufgebrachte Sperrmoment der Sperrkupplung 36 ist vorzugsweise nicht größer als 80%. Die Prozentangabe bezieht sich hierbei auf das insgesamt vom Differential 22 auf die Vorderräder 24, 26 zu verteilende Antriebsmoment, also den vom Verteilergetriebe 16 der Vorderachse 18 zugeteilten Teil des vom Antriebsmotor 12 gelieferten Motormoments.
Es versteht sich, dass bei Anwendung dieses Steuerkonzepts auf die Sperrkupplung 34 des Zentraldifferentials, auf die Hinterachs-Sperrkupplung 38 oder auf die Verteilerkupplung 64a der Figur 2 andere Prozentwerte des im Beschleunigungs- Kupplungszustand übertragenen Kupplungsmoments gewählt werden können. Es hat sich jedoch als günstig erwiesen, stets nur einen teilweise geschlossenen Zustand der betreffenden Verteiler- oder Sperrkupplung einzustellen.
Die Einstellung des Beschleunigungs-Kupplungszustands bei Erkennung eines hinreichend starken Anstiegs des Motormomentensignals M oder/und des Pedalstellungssignals s kann außerdem noch abhängig davon gemacht werden, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit v ungleich Null ist oder eine vorbestimmte Mindestgeschwindigkeit übersteigt. Außerdem kann die Einstellung des Beschleunigungs-
Kupplungszustands davon abhängig gemacht werden, dass vom Wechselgetriebe 14 ein bestimmter Gang eingelegt ist oder ein bestimmter Gang nicht eingelegt ist.
Die Steuereinheit 42 wählt den Beschleunigungs-Kupplungszustand der Sperrkupp- lung 36 abhängig vom Lenkwinkel α. Das Kennliniendiagramm der Figur 3 zeigt eine beispielhafte Abhängigkeit des Beschleunigungs-Kupplungszustands vom Lenkwinkel α. Bei einem Lenkwinkel gleich Null, d.h. einer Geradeausstellung der Vorderräder 24, 26, wird ein Beschleunigungs-Kupplungszustand gewählt, in dem die Sperrkupplung 36 am stärksten geschlossen ist. Je stärker die Vorderräder 24, 26 bei Erken- nung eines Beschleunigungsvorgangs von der Geradeausstellung abweichen, desto weniger stark ist die Sperrkupplung 36 im Beschleunigungs-Kupplungszustand geschlossen. Die Abhängigkeit des Beschleunigungs-Kupplungszustands vom Lenkwinkel α kann proportional sein, wie in Figur 3 mit durchgezogener Linie angedeutet. Es sind freilich auch andere, nicht-lineare Abhängigkeiten des Beschleunigungs- Kupplungszustands vom Lenkwinkel α denkbar. Auch kann die Lenkwinkel-Kennlinie einen Bereich enthalten, in dem für verschiedene Lenkwinkel stets im wesentlichen der gleiche Beschleunigungs-Kupplungszustand eingestellt wird. Ein solcher Fall ist in Figur 3 mit gestrichelter Linie angedeutet. Die Lenkwinkel-Kennlinie des Beschleunigungs-Kupplungszustands ist in Form einer Tabelle oder einer mathematischen Gleichung in dem Speicher 46 der Steuereinheit 42 abgelegt. Erkennt die Steuereinheit 42 einen bevorstehenden Beschleunigungsvorgang, so ermittelt sie für den momentanen Wert des Lenkwinkels α aus der Lenkwinkel-Kennlinie einen Faktor, der in dem Diagramm der Figur 3 mit fi bezeichnet ist. Der Faktor fi repräsentiert beispielsweise eine prozentuale Angabe für den Schließgrad, in den die Sperrkupplung 36 einzustellen ist.
Es ist denkbar, zusätzlich zu einer Lenkwinkelabhängigkeit des Beschleunigungs- Kupplungszustands eine Geschwindigkeitsabhängigkeit zu implementieren. Insbesondere kann daran gedacht werden, bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten einen Beschleunigungs-Kupplungszustand der Sperrkupplung 36 einzustellen, in dem diese weniger stark geschlossen ist als bei niedrigeren Geschwindigkeiten. Eine lediglich beispielhafte Kennlinie für eine mögliche Geschwindigkeitsabhängigkeit des Beschleu- nigungs-Kupplungszustands der Sperrkupplung 36 ist in Figur 4 gezeigt. Die Geschwindigkeits-Kennlinie ist ähnlich wie die Lenkwinkel-Kennlinie tabellarisch oder in Form einer mathematischen Gleichung im Speicher 46 der Steuereinheit 42 abgelegt. Die Steuereinheit 42 kann aus ihr für einen gegebenen Wert der Fahrzeugge- schwindigkeit v einen weiteren Faktor entnehmen, der im Diagramm der Figur 4 mit f2 bezeichnet ist. Auch der Faktor f2 repräsentiert beispielsweise eine prozentuale Angabe für den einzustellenden Schließgrad der Sperrkupplung 36.
Um zu ermitteln, welcher Beschleunigungs-Kupplungszustand an der Sperrkupplung 36 einzustellen ist, multipliziert die Steuereinheit 42 dann die für den jeweiligen Wert des Lenkwinkels α und den jeweiligen Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit v ermittelten Werte der beiden Faktoren fi und f2. Die Sperrkupplung 36 wird daraufhin nach Maßgabe des so durch Multiplikation errechneten Gesamtfaktors gesteuert.
Nachdem die Steuereinheit 42 die Einstellung des Beschleunigungs-
Kupplungszustands an der Sperrkupplung 36 bewirkt hat, wird im weiteren Verlauf die Sperrkupplung 36 wieder geöffnet. Mit dem Öffnen der Sperrkupplung 36 kann unmittelbar, d.h. ohne wesentlichen Zeitverzug, nach Einstellung des Beschleuni- gungs-Kupplungszustands begonnen werden. Es kann auch eine vorbestimmte Zeit- spanne definiert sein, die abgewartet werden muss, bevor mit dem Öffnen der
Sperrkupplung 36 begonnen werden kann. Alternative auslösende Bedingungen für das Öffnen der Sperrkupplung 36 sind denkbar. Beispielsweise kann eine Bedingung sein, dass das Motormomentensignal M oder/und das Pedalstellungssignal s den als Kriterium für die Erkennung eines Beschleunigungsvorgangs festgelegten Schwellen- wert der ersten zeitlichen Ableitung wieder unterschreiten oder einen anderen geeigneten Schwellenwert unterschreiten muss. Solange dies nicht der Fall ist, wird der eingestellte Beschleunigungs-Kupplungszustand aufrecht erhalten. Unabhängig davon, welche auslösende Bedingung für den Beginn des Momentenabbaus zu erfüllen ist, folgt auch die Phase des Abbaus des Moments selbst in Abhängigkeit von mindestens einem Parameter. Beispielsweise kann der Abbau des Sperrmoments zeitabhängig geschehen. Eine beispielhafte Zeit-Kennlinie des Momentenabbaus ist in Figur 5 gezeigt, t bezeichnet dort die Zeit, T das Tastverhältnis eines pulsbreitenmodulierten Ansteuersignais für die Stelleinheit 40 der Sperrkupplung 36. Bei Verwendung der Pulsbreitenmodulation als Ansteuermethode für die Stelleinheit 40 bzw. deren Elektromotor ist das Tastverhältnis T ein Maß für den Grad des Schließens der Sperrkupplung 36. Je geringer das Tastverhältnis, desto weniger stark ist die Sperrkupplung 36 geschlossen. Der Zeitpunkt t = 0 bezeichnet in dem Kennliniendiagramm der Figur 5 den Zeitpunkt, zu dem die Steuereinheit 42 beginnt, die Sperrkupplung 36 ausgehend von dem Beschleunigung-Kupplungszustand wieder zu öffnen. Die Zeitabhängigkeit des Öffnens der Sperrkupplung 36 kann beispielswei- se proportional mit Totzeit (gestrichelt in Figur 5 eingezeichnet) oder ohne Totzeit (mit durchgezogener Linie gezeichnet) sein. Selbstverständlich sind beliebige andere, nicht-lineare Zeitabhängigkeiten beim Öffnungsvorgang der Sperrkupplung 36 vorstellbar.
Alternativ zu einem zeitabhängigen Öffnen kann auch ein geschwindigkeitsabhängiges Öffnen der Sperrkupplung 36 von der Steuereinheit 42 bewirkt werden. In letzterem Fall wird die Sperrkupplung 36 mit größer werdender Geschwindigkeit des Fahrzeugs zunehmend stärker geöffnet. Daneben ist es denkbar, den Öffnungsvorgang der Sperrkupplung 36 alternativ oder zusätzlich vom Motormoment des An- triebsmotors 12 oder/und von der Gaspedalstellung abhängig zu gestalten.
Es wird noch einmal auf Figur 6 verwiesen. Dort ist zu erkennen, wie das Tastverhältnis T in Antwort auf den anfänglichen starken Anstieg der Signale s, M und den als Folge erkannten Beschleunigungsvorgang auf einen Wert Ti angehoben wird, durch den die Sperrkupplung 36 in einen teilweise geschlossenen Beschleunigungs- Kupplungszustand eingestellt wird. Dieser Kupplungszustand wird für eine gewisse Zeit aufrechterhalten, bis zu einem Zeitpunkt tx von der Steuereinheit 42 das Ende des Beschleunigungsvorgangs erkannt wird und das Tastverhältnis T entsprechend wieder herabgesetzt wird. Bei dem späteren erneuten Anstieg des Motormomenten- Signals M erkennt die Steuereinheit 42 einen erneuten Beschleunigungsvorgang. Dies löst jedoch nur einen Anstieg des Tastverhältnisses T auf einen geringeren Wert T2 aus. Ein möglicher Grund hierfür ist, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit v zwischen- O 2005/073011 - 17 -
zeitlich zugenommen hat und die Steuereinheit 42 bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten einen weniger stark geschlossenen Kupplungszustand als Beschleu- nigungs-Kupplungszustand einstellt als bei niedrigeren Geschwindigkeiten. Entsprechend der vergleichsweise kurzen Phase des Momentenanstiegs wird auch das Tastverhältnis T nur vergleichsweise kurzzeitig auf dem Wert T2 gehalten, bevor es wieder abgesenkt wird.
Es kann sein, dass sich der Lenkwinkel α in der Phase zwischen Aufbau und vollständigem Abbau des Kupplungsmoments der betreffenden Sperr- oder Verteilerkupplung ändert. Vorstehend wurde angedeutet, dass der bei Erkennung eines Beschleunigungsvorgangs einzustellende Beschleunigungs-Kupplungszustand abhängig vom Lenkwinkel α gewählt wird. Ändert sich im Anschluss an die Einstellung des Beschleunigungs-Kupplungszustands der Lenkwinkel α, noch bevor die betreffende Sperr- oder Verteilerkupplung wieder vollständig geöffnet wurde, so nimmt die Steu- ereinheit 42 vorzugsweise eine Anpassung des Kupplungszustands abhängig von dem (geänderten) Lenkwinkel vor. Hierbei kann sie auf dieselbe Kennlinie zurückgreifen, die sie auch für die Lenkwinkelabhängigkeit des anfänglich eingestellten Beschleunigungs-Kupplungszustands verwendet hat.
Anhand des Flussdiagramms der Figur 7 werden verschiedene Schritte des vorstehend vorgestellten beispielhaften Steuerkonzepts noch einmal kurz zusammenge- fasst. Das Steuerkonzept ist durch eine Steuerroutine verkörpert, die von dem Steuerprogramm 48 abgearbeitet wird. Im Flussdiagramm der Figur 7 ist diese Steuerroutine als Beschleunigungsmodul bezeichnet. Im Rahmen der Routine „Beschleu- nigungsmodul" wird nur das Motormomentensignal M ausgewertet, nicht jedoch das Pedalstellungssignal s. Wie bereits erwähnt, kann statt dessen nur das Pedalstellungssignal s ausgewertet werden oder es können beide Signale für die Erkennung eines Beschleunigungsvorgangs herangezogen werden.
In einem Schritt Sl der Routine „Beschleunigungsmodul" wird das Motormomentensignal M erfasst. In einem anschließenden Schritt S2 wird eine erste zeitliche Ableitung des Signals M berechnet. Sodann wird in einem Schritt S3 geprüft, ob ein Beschleunigungs-Kupplungszustand der Sperr- oder Verteilerkupplung eingestellt ist. Falls nein, wird in einem Schritt S4 geprüft, ob die berechnete erste zeitliche Ablei- tung des Motormomentensignals M einen vorbestimmten Schwellenwert SM erreicht oder diesen übersteigt. Falls nein, kehrt die Routine zu Schritt Sl zurück. Falls ja, wird in einem nachfolgenden Schritt S5 geprüft, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit un- gleich Null ist. Wenn dem nicht so ist, die Fahrzeuggeschwindigkeit also gleich Null ist, geht die Routine zurück zu Schritt Sl. Wird dagegen festgestellt, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit ungleich Null ist, wird in einem Schritt S6 ein Beschleunigungs- Kupplungszustand der Sperr- oder Verteilerkupplung eingestellt. Dieser Beschleuni- gungs-Kupplungszustand wird abhängig vom Lenkwinkel α und gegebenenfalls abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit v gewählt.
Ist die Antwort in Schritt S3 ja, wird in einem Schritt S7 geprüft, ob die erste zeitliche Ableitung des Motormoments unter den Schwellenwert gefallen ist. Solange die erste zeitliche Ableitung des Motormoments nicht unter den Schwellenwert gefallen ist, wird der Beschleunigungs-Kupplungszustand aufrechterhalten. Ist sie dagegen unter den Schwellenwert gefallen, wird in einem Schritt S8 der Beschleunigungs- Kupplungszustand aufgehoben und die Sperr-oder Verteilerkupplung in Abhängigkeit von der Zeit oder einem anderen Betriebsparameter des Fahrzeugs geöffnet. Sodann geht die Routine zurück zu Schritt Sl.
Als Verteiler- oder Sperrkupplung eignet sich jeder Kupplungstyp, der aktiv in einen gewünschten Kupplungszustand eingestellt werden kann. Beispielsweise können die verschiedenen in den Antriebsstrangkonfigurationen der Figuren 1 und 2 gezeigten Kupplungen von nasslaufenden Lamellenreibkupplungen gebildet sein.
Nachzutragen ist, dass der Beschleunigungs-Kupplungszustand auch abhängig vom Wert der ersten zeitlichen Ableitung des Motormomentensignals oder/und des Pedalstellungssignals gewählt werden kann. Bei einem stärkeren Anstieg des betreffenden Signals würde dann entsprechend ein stärker geschlossener Beschleunigungs-
Kupplungszustand eingestellt werden als bei einem weniger starken Anstieg dieses Signals. Eine solche Abhängigkeit kann ein weiterer Grund sein, warum in Figur 6 beim zweiten Anstieg des Motormomentensignals M das Tastverhältnis T nur auf den Wert T2 angehoben wird, weil die Steigung des Signals M bei diesem zweiten Anstieg geringer ist als bei dem ersten Anstieg.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Steuerung einer Kraftfahrzeug-Drehmomentübertragungskupplung (z.B. 36), deren Kupplungszustand das Verteilungsverhältnis eines Antriebsmoments zwischen einer ersten (z.B. 24) und einer zweiten Radanordnung (z.B. 26) des Fahrzeugs bestimmt, wobei die Kupplung zwischen einem ersten Endzustand, in dem sie im wesentlichen kein Drehmoment überträgt, einem zweiten Endzustand, in dem sie einen maximalen Anteil des Antriebsmoments überträgt, und einer Vielzahl von Zwischenzuständen zwischen den beiden Endzuständen verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein von einer Geschwindigkeit (v) des Fahrzeugs verschiedener Betriebsparameter (s, M) des Fahrzeugs auf eine vorbestimmte Bedingung überwacht wird, welche für einen von einem Fahrer des Fahrzeugs eingeleiteten, im Sinne einer Geschwindigkeitserhöhung wirkenden Beschleunigungsvorgang repräsentativ ist, und dass bei Erkennung eines Beschleuni- gungsvorgangs die Kupplung (36) in einen vorbestimmten, von dem ersten Endzustand verschiedenen Beschleunigungs-Kupplungszustand eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung eines Beschleunigungsvorgangs ein für die Stellung eines Gaspedals (54) des Fahrzeugs repräsentatives Pedalstellungssignal (s) oder/und ein für das von einem Antriebsmotor (12) des Fahrzeugs bereitgestellte Motormoment repräsentatives Motormomentensignal (M) überwacht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Motormomentensignal (M) eine zeitliche Ableitung des Motormoments ermittelt wird und ein Beschleunigungsvorgang zumindest abhängig davon festgestellt wird, dass die zeitliche Ableitung des Motormoments einen vorbestimmten Schwellenwert (SM) übersteigt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Pedalstellungssignal (s) eine zeitliche Ableitung der Gaspedalstellung ermittelt wird und ein Beschleunigungsvorgang zumindest abhängig davon festgestellt wird, dass die zeitliche Ableitung der Gaspedalstellung einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungs-Kupplungszustand ein Zwischenzustand der Kupplung ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungs-Kupplungszustand ein Zwischenzustand der Kupplung ist, in dem die Kupplung weniger als 80% des maximal von ihr übertragbaren Anteils des Antriebsmoments überträgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungs-Kupplungszustand abhängig von einem Lenkwinkel (α) des Fahrzeugs festgelegt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem vorbestimmten Lenkwinkelbereich bei einer geringeren Abweichung des Lenkwinkels (α) von einem einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs entsprechenden Null-Lenkwinkel ein Beschleunigungs-Kupp- lungszustand gewählt wird, in dem ein größerer Anteil des Antriebsmoments über die Kupplung (36) übertragen wird, und bei einer größeren Abweichung des Lenkwinkels (α) von dem Null-Lenkwinkel ein Beschleunigungs-Kupplungszustand gewählt wird, in dem ein geringerer Anteil des Antriebsmoments über die Kupplung (36) übertragen wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungs-Kupplungszustand abhängig von der Geschwindigkeit (v) des Fahrzeugs festgelegt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (v) des Fahrzeugs überwacht wird und der Beschleunigungs-Kupplungszustand abhängig davon eingestellt wird, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit von Null verschieden ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung in Abhängigkeit mindestens eines der folgenden Parameter von dem Beschleunigungs-Kupplungszustand in Richtung zum ersten Endzustand hin verstellt wird: Zeit, Stellung eines Gaspedals (54) des Fahr- zeugs, Geschwindigkeit (v) des Fahrzeugs, bereitgestelltes Motormoment eines Antriebsmotors (12) des Fahrzeugs.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Radanordnungen (24, 26) an einer gemeinsamen Achse (18) angeordnet sind und die Kupplung (36) als steuerbare Sperrkupplung eines Querdifferentials (22) dieser Achse dient.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Radanordnungen (24, 26, 30, 32) an verschiedenen Achsen (18, 20) des Fahrzeugs angeordnet sind und die Kupplung (34) als steuerbare Sperrkupplung eines Zentraldifferentials eines das Antriebsmoment auf die beiden Achsen verteilenden Verteilergetriebes (16) des Fahrzeugs dient.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Radanordnungen (24a, 26a, 30a, 32a) an verschiedenen Achsen (18a, 20a) des Fahrzeugs angeordnet sind und die Kupplung (64a) als steuerbare Verteilerkupplung zur Verteilung des Antriebsmoments auf die beiden Radanordnungen dient.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (36) eine elektromotorische Stelleinheit (40) umfasst, welche zur Verstellung des Kupplungszustands der Kupplung elektrisch angesteuert wird.
16. Programmcode, der dazu bestimmt und ausgelegt ist, bei Ausführung auf einem programmgesteuerten Rechner eines Kraftfahrzeugs die Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zu bewirken.
17. Digitales Speichermedium mit darauf gespeichertem maschinenlesbaren Programmcode, wobei der Programmcode dazu bestimmt und ausgelegt ist, bei Ausführung auf einem programmgesteuerten Rechner eines Kraftfahrzeugs die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zu bewirken.
18. Anordnung zur Steuerung einer Kraftfahrzeug- Drehmomentübertragungskupplung, deren Kupplungszustand das Verteilungsverhältnis eines Antriebsmoments zwischen einer ersten und einer zweiten Radanordnung des Fahrzeugs bestimmt, wobei die Kupplung zwischen einem ersten Endzustand, in dem sie im wesentlichen kein Drehmoment überträgt, einem zweiten Endzustand, in dem sie einen maximalen Anteil des Antriebsmoments überträgt, und einer Vielzahl von Zwischenzuständen zwischen den beiden Endzuständen verstellbar ist, gekennzeichnet durch eine die Kupplung steuernde elektronische Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist, mindestens einen von einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs verschiedenen Betriebsparameter des Fahrzeugs auf eine vorbestimmte Bedingung zu überwachen, welche für einen von einem Fahrer des Fahrzeugs eingeleiteten, im Sinne einer Geschwindigkeitserhöhung wirkenden Beschleunigungsvorgang repräsen- tativ ist, und bei Erkennung eines Beschleunigungsvorgangs die Kupplung in einen vorbestimmten, von dem ersten Endzustand verschiedenen Beschleunigungs- Kupplungszustand einzustellen, insbesondere in Verbindung mit einem oder mehreren Merkmalen mindestens eines der Ansprüche 2 bis 15.
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