DE102004004866A1

DE102004004866A1 - Verfahren und Anordnung zur Steuerung einer Kraftfahrzeug-Drehmomentübertragungskupplung

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Publication number: DE102004004866A1
Application number: DE102004004866A
Authority: DE
Inventors: Manfred Steding; Stefan Fries; Klaus MÄTZSCHKER; Michael HÖCK
Original assignee: GKN Driveline International GmbH
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2005-08-18
Also published as: WO2005073012A1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Steuerung einer Sperr- oder Verteilerkupplung (z. B. 34) eines Kraftfahrzeugs 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 Anfahrvorgang des Fahrzeugs aus dem Stillstand oder langsam rollender Bewegung repräsentativ ist. Bei Erkennung eines Anfahrvorgangs wird die Kupplung (34) in einen vorbestimmten, teilweise geschlossenen Anfahr-Kupplungszustand eingestellt. Vorzugsweise wird zur Erkennung eines Anfahrvorgangs ein für die Stellung eines Gaspedals (54) des Fahrzeugs repräsentatives Pedalstellungssignal überwacht und auf einen Anfahrvorgang zumindest abhängig davon geschlossen, dass das Pedalstellungssignal einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.

Description

Die Erfindung befasst sich mit der aktiven Steuerung der Drehmomentverteilung zwischen 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 offen, 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 Anfahrvorgängen ungenügend arbeiten. Besonders bei vergleichsweise starker Beschleunigung führen Anfahrvorgänge 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. Hinzu kommt, dass Drehzahlsensoren konstruktionsbedingt oftmals nicht sofort ansprechen, wenn die Räder beginnen, sich in Bewegung zu setzen, sondern erst ab einer gewissen Mindestgeschwindigkeit der Räder von beispielsweise 3 bis 5 km/h. Dies führt zu weiteren Verzögerungen bei der sensorischen Erkennung von Drehzahldifferenzen und einem entsprechend weiteren Anstieg derselben.

Die auftretenden vergleichsweise hohen Drehzahldifferenzen können eine mangelhafte Traktion zur Folge haben. Mit einem gängigen Drehzahldifferenz-Regler können die plötzlich auftretenden Drehzahldifferenzen nicht rasch genug auf den Zielwert heruntergebracht werden, ohne Schwingungen zu vermeiden. Deshalb ist der Regler in der Steuereinheit typischerweise so ausgelegt, dass die Drehzahldifferenz vergleichsweise langsam reduziert wird. Dies hat einen entsprechend langsamen Aufbau des Sperr-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.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Traktion beim Anfahren 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 Kupplungszustand das Verteilungsverhältnis eines Antriebsmoments zwischen einer ersten und einer zweiten Radanordnung des Fahrzeugs bestimmt, wobei die Kupplung zwi schen 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 ist dabei vorgesehen, dass mindestens ein von einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs verschiedener Betriebsparameter des Fahrzeugs auf eine vorbestimmte Bedingung überwacht wird, welche für einen Anfahrvorgang des Fahrzeugs repräsentativ ist, und dass bei Erkennung eines Anfahrvorgangs die Kupplung in einen vorbestimmten, von dem ersten Endzustand verschiedenen Anfahr-Kupplungszustand eingestellt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird zumindest ein geschwindigkeitsfremder Betriebsparameter auf eine vorbestimmte Bedingung überwacht, anhand der auf einen bevorstehenden Anfahrvorgang geschlossen werden kann. Das Ziel ist es, rechtzeitig ein Kupplungsmoment zu erzeugen, bevor eine Drehzahldifferenz auftritt, d.h. den Anfahrvorgang zu erkennen, bevor das Fahrzeug tatsächlich Geschwindigkeit aufnimmt. Durch derart frühzeitiges Eingreifen der Kupplung kann erreicht werden, dass die bei konventionellen Systemen beobachteten Drehzahldifferenzen gar nicht erst auftreten oder zumindest nur in erheblich geringerem Maß auftreten. Die Kupplung wird sozusagen vorbeugend (teilweise oder vollständig) geschlossen. Damit lässt sich die Traktion beim Anfahren verbessern und die Anfahrbewegung des Fahrzeugs ruckfrei gestalten. Wenn hier von einem Anfahren des Fahrzeugs die Rede ist, so wird hierunter nicht nur ein Anfahren aus dem Stillstand verstanden sondern auch aus einem langsamen Rollen. Denn auch aus dem langsamen Rollen heraus kann es zu den befürchteten Drehzahldifferenzen kommen, wenn der Fahrer stark auf das Gaspedal drückt.

Eine Geschwindigkeitszunahme ausgehend von Null eignet sich nicht als Indikator für einen bevorstehenden Anfahrvorgang. Wenn eine solche Geschwindigkeitszunahme stattfindet, ist der Anfahrvorgang schließlich bereits im Gange. Drehzahldifferenzen sind dann möglicherweise schon aufgetreten. Der Anfahrvorgang soll jedoch vorteilhafterweise erkannt werden, bevor die anfahrbedingten Drehzahldifferenzen auftreten.

Als zweckmäßige Indikatoren für einen bevorstehenden Anfahrvorgang können dagegen die Stellung eines Gaspedals des Fahrzeugs oder/und das von einem Antriebsmotor des Fahrzeugs bereitgestellte Motormoment herangezogen werden. Zur Erkennung eines Anfahrvorgangs wird deshalb vorzugsweise ein für die Gaspedalstellung repräsentatives Pedalstellungssignal oder/und ein für das Motormoment repräsentatives Motormomentensignal überwacht. Ein Anfahrvorgang kann dann zumindest abhängig davon festgestellt werden, dass das Motormomentensignal bzw. das Pedalstellungssignal einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.

Alternativ oder zusätzlich ist es vorstellbar, eine erste zeitliche Ableitung des Motormoments oder/und der Gaspedalstellung zu ermitteln und die Erkennung eines Anfahrvorgangs davon abhängig zu machen, dass die erste zeitliche Ableitung des Motormoments bzw. der Gaspedalstellung einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.

Eine weitere Bedingung für einen bevorstehenden Anfahrvorgang kann sein, dass eine vorbestimmte Gangstufe eines Schaltgetriebes des Fahrzeugs eingelegt ist, bei Fahrzeugen mit Handschaltgetriebe sinnvollerweise der 1. Gang und bei Fahrzeugen mit Automatikgetriebe ein Anfahrgang. Es kann auch ein Rückwärtsgang des Fahrzeugs als zulässige Gangstufe festgelegt sein. Ist kein Gang eingelegt oder kein vorbestimmter, wird kein Kupplungsmoment an der Kupplung eingestellt, selbst wenn ein oder mehr andere Betriebsparameter des Fahrzeugs anderen vorbestimmten Bedingungen genügen.

Noch eine weitere Bedingung kann sein, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit gleich Null ist oder unterhalb einer vorbestimmten Geschwindigkeitsschwelle von z.B. 3 oder 5 km/h liegt. Liegt die Fahrzeuggeschwindigkeit darüber, kann vernünftigerweise nicht mehr von einem Anfahrvorgang ausgegangen werden.

Zudem kann der Kupplungszustand einer im Antriebsstrang des Fahrzeugs zwischen einem Antriebsmotor und einem Wechselgetriebe angeordneten Schaltkupplung überwacht werden und die Erkennung eines Anfahrvorgangs ferner abhängig vom Kupplungszustand der Schaltkupplung gemacht werden.

Vorzugsweise ist der Anfahr-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 Anfahr-Kupplungszustand die Kupplung vollständig zu schließen, sie also in den zweiten Endzustand einzustellen.

Es hat sich gezeigt, dass die traktionsverbessernde Wirkung der Erfindung optimiert werden kann, wenn für unterschiedliche Lenkwinkel des Fahrzeugs ein unterschiedlicher Anfahr-Kupplungszustand eingestellt wird. Der Anfahr-Kupplungszustand wird daher bevorzugt abhängig von einem Lenkwinkel des Fahrzeugs festgelegt.

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 Anfahr-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 Anfahr-Kupplungszustand gewählt wird, in dem ein geringerer Anteil des Antriebsmoments über die Kupplung übertragen wird.

Nachdem die Kupplung für den Anfahrvorgang in den Anfahr-Kupplungszustand eingestellt wurde, wird sie bei einer bevorzugten Ausführungsform anschließend in Abhängigkeit mindestens eines der folgenden Parameter wieder geöffnet: Zeit, Stellung eines Gaspedals des Fahrzeugs, Geschwindigkeit des Fahrzeugs, bereitgestelltes Motormoment eines Antriebsmotors des Fahrzeugs, Kupplungszustand einer im Antriebsstrang des Fahrzeugs zwischen einem Antriebsmotor und einem Wechselgetriebe angeordneten Schaltkupplung. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Kupplung nicht länger als erforderlich Kupplungsmoment überträgt. Der Öffnungsvorgang kann unmittelbar nach Einstellung des Anfahr-Kupplungszustands begonnen werden oder erst nach einer vorbestimmten Totzeit. Es können auch Bedingungen für andere Parameter als die Zeit definiert sein, die erfüllt sein müssen, damit der Öffnungsvorgang begonnen wird. Beispielsweise kann festgelegt sein, dass das Gaspedal erst wieder unter eine bestimmte Auslösestellung zurückkehren muss, bevor die Kupplung wieder geöffnet wird.

Beispielsweise kann die Kupplung zumindest in einem vorbestimmten Bereich der Fahrzeuggeschwindigkeit mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit wenigstens annähernd proportional zu dieser in Richtung zu dem ersten Endzustand hin verstellt werden. Denkbar ist auch, dass der Anfahr-Kupplungszustand ausgehend von einer Fahrzeuggeschwindigkeit gleich Null über einen vorbestimmten Geschwindigkeitsbereich hinweg im wesentlichen gleichbleibend aufrechterhalten wird und die Kupplung nach Überschreiten dieses Geschwindigkeitsbereichs in Abhängigkeit mindestens eines Betriebsparameters des Fahrzeugs in Richtung zu dem ersten Endzustand hin verstellt wird.

Im Fall einer geschwindigkeitsabhängigen Verringerung des Kupplungsmoments wird die Kupplung vorzugsweise bei Erreichen einer vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen 20 und 50 km/h in den ersten Endzustand eingestellt.

Wie bereits weiter oben erwähnt, können die beiden Radanordnungen an einer gemeinsamen 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 verdrehbaren 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 herbeigeführt werden, was den axialen Abstand zwischen den beiden Scheibenteilen beeinflusst. Statt einer elektromotorischen Stelleinheit kann natürlich auch beispielsweise eine magnetische, hydraulische oder pneumatische Stelleinheit verwendet werden.

Die Erfindung betrifft ferner eine 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. 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 Anfahrvorgang des Fahrzeugs repräsentativ ist, und bei Erkennung eines Anfahrvorgangs die Kupplung in einen vorbestimmten, von dem ersten Endzustand verschiedenen Anfahr-Kupplungszustand einzustellen. Die Anordnung kann weitere der vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten 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, etwa 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.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt betrifft die Erfindung ein Verfahren 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. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet ist, dass in Abhängigkeit von der Aktivierung einer durch Betätigung eines fahrerbedienbaren Betätigungsorgans zuschaltbaren Getriebeuntersetzung des Fahrzeugs die Kupplung bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit gleich Null in einen vorbestimmten, von dem ersten Endzustand verschiedenen Anfahr-Kupplungszustand eingestellt wird und mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit gemäß einer vorbestimmten Geschwindigkeitsabhängigkeit in Richtung zu dem ersten Endzustand hin verstellt wird.

Betätigt bei diesem Verfahren der Fahrer das Betätigungsorgan für die Getriebeuntersetzung, beispielsweise wenn er im freien Gelände fahren will, so wird ein Kupplungsmoment eingestellt, das traktionsverbessernd wirkt. Dieses Kupplungsmoment wird jedoch nur geschwindigkeitsabhängig aufgebracht. Speziell wird das Kupplungsmoment zu höheren Geschwindigkeiten hin herabgesetzt. Es hat sich nämlich gezeigt, dass bei höheren Geschwindigkeiten ein zu hohes Kupplungsmoment sich unter Umständen sogar nachteilig auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs auswirken kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:
1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines mechanischen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit für die Steuerung von Sperrkupplungen des Antriebsstrangs benötigten elektrischen und elektronischen Komponenten,
2 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines mechanischen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit für die Steuerung einer Verteilerkupplung des Antriebsstrangs benötigten elektrischen und elektronischen Komponenten,
3 ein qualitatives Kennliniendiagramm für die Abhängigkeit eines bei Erkennung eines Anfahrvorgangs einzustellenden Anfahr-Kupplungszustands von einem Lenkwinkel des Fahrzeugs,
4 ein qualitatives Kennliniendiagramm, das die Geschwindigkeitsabhängigkeit der Rückführung einer Verteiler- oder Sperrkupplung von dem Anfahr-Kupplungszustand in Richtung hin zu einem geöffneten Zustand veranschaulicht,
5 ein beispielhaftes Zeitdiagramm verschiedener Betriebsparameter des Fahrzeugs bei einem Anfahrvorgang,
6 ein Flussdiagramm, das Schritte eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens darstellt, sowie
7 ein qualitatives Kennliniendiagramm für die Abhängigkeit eines bei Zuschalten einer Getriebeuntersetzung einzustellenden Kupplungszustands von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
In 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 elektromotorisches Antriebsaggregat sein. Dem Antriebsmotor 12 nachgeschaltet ist ein Wechselgetriebe 14, welches beispielsweise ein handschaltbares Getriebe oder ein lastabhängig schaltendes Automatikgetriebe sein kann. Zwischen dem Antriebsmotor 12 und dem Wechselgetriebe 14 kann eine Schaltkupplung 15 angeordnet sein. Das von dem Wechselgetriebe 14 gewandelte Motormoment des Antriebsmotors 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 st. 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 gekoppelt, 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 indiv duelle Verdrahtung der verschiedenen elektrischen Komponenten des Fahrzeugs mit der Steuereinheit 42 gegeben sein kann.
Die Steuereinheit 42 weist einen programmgesteuerten Mikroprozessor 44 auf, welcher 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 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 zugrei fen, 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 Geschwindigkeit 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 Drehwinkelsensor 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 1 mit α bezeichneten Lenkwinkel des Fahrzeugs, d.h. die Winkelabweichung der Vorderräder 24, 26 von einer Geradeausstellung.
Während 1 den Fall eines Fahrzeugs mit permanentem Allradantrieb betrifft, zeigt 2 den Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit bedarfsweise zuschaltbarem Allradantrieb. Dieses Konzept ist auch unter der Bezeichnung "On Demand"-Technik bekannt. In 2 sind gleiche oder gleichwirkende Komponenten mit gleichen Bezugszeichen wie in 1 versehen, jedoch ergänzt um einen Kleinbuchstaben. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird nachfolgend lediglich auf Unterschiede zum Ausführungsbeispiel der 1 eingegangen. Bei dem Fahrzeug mit dem in 2 gezeigten Antriebsstrang handelt es sich um ein Fahrzeug mit Vorderachsantrieb, bei dem die Hinterachse mittels einer stufenlos steuerbaren Verteilerkupplung 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 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 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 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 1 und 2 dargestellt. Beispielsweise kann in 1 die aktiv steuerbare Kupplung 36 des Vorderachsdifferentials 22 oder/und die aktiv steuerbare Kupplung 38 des Hinterachsdifferentials 28 weggelassen oder durch eine passive, drehzahldifferenz- oder drehmomentfühlende Sperrkupplung ersetzt werden. Umgekehrt können in 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 Sperrkupplung 34 der 1 erläutert. Dieses Steuerkonzept ist sinngemäß auf die beiden anderen Sperrkupplungen 36, 38, auf die Verteilerkupplung 64a und generell auf jede andere Sperr- oder Verteilerkupplung übertragbar, die die Drehmomentverteilung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs beeinflusst. Im Normalfall ist die Sperrkupplung 34 offen, d.h., sie überträgt kein Kupplungsmoment. Sobald die Steuereinheit 42 aus den Raddrehzahlen der Räder 24, 26, 30, 32 eine Drehzahldifferenz zwischen den Achsen 18, 20 erfasst, gibt sie ein Steuersignal an die entsprechende Stelleinheit 40 aus, das eine Überführung der Sperrkupplung 34 in einen zumindest teilweise geschlossenen Kupplungszustand bewirkt. Das wenigstens teilweise Schließen der Sperrkupplung 34 legt ein Sperrmoment an das Zentraldifferential an, das der Ausgleichswirkung dieses Differentials entgegenwirkt.
Die Steuereinheit 42 ist Teil eines Regelkreises, der Drehzahldifferenzen zwischen den Achsen 18, 20 auf einen minimalen Wert gleich oder nahe Null einzuregeln versucht. Die Steuereinheit 42 enthält hierzu einen in Software oder Hardware implementierten 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 durch verschiedene Unsymmetrien stets eine geringe Drehzahldifferenz auftreten kann, ist zweckmäßigerweise eine Regelschwelle festgelegt, unterhalb der die Steuereinheit 42 nicht auf Drehzahldifferenzen reagiert.
Die Steuereinheit 42 reagiert jedoch nicht nur auf Drehzahldifferenzen zwischen den Achsen 18, 20 sondern auch auf bevorstehende Anfahrvorgänge. Da die Wahrscheinlichkeit von traktionsmindernden und möglicherweise das fahrdynamische Verhalten des Fahrzeugs verschlechternden Drehzahldifferenzen zwischen den Achsen 18, 20 beim Anfahren vergleichsweise hoch ist, enthält das Steuerprogramm 48 der Steuereinheit 42 einen Algorithmus, der ein präventives wenigstens teilweises Schließen der Sperrkupplung 34 bewirkt, wenn ein bevorstehender Anfahrvorgang erkannt wird.
Zu diesem Zweck überwacht die Steuereinheit 42 das Motormomentensignal oder/und das Pedalstellungssignal. Beide Signale sind geeignete Indikatoren für einen Anfahrvorgang. In diesem Zusammenhang wird auf 5 verwiesen. Dort ist ein beispielhafter Zeitverlauf des Pedalstellungssignals (bezeichnet mit s) im Fall eines vom Fahrer eingeleiteten Anfahrvorgangs dargestellt. Man erkennt, dass das Pedalstellungssignal s vergleichsweise stark ansteigt und anschließend auf einem hohen Pegel verharrt. Dies entspricht einem vergleichsweise zügigen, starken Niedertreten des Gaspedals 54 durch den Fahrer, wie es beim Anfahren üblich ist. Möglicherweise tritt der Fahrer hierbei das Gaspedal 54 bis zu einem Endanschlag nieder. Der im wesentlichen gleichbleibende Wert des Pedalstellungssignals s nach dem Anstieg entspricht dem Niederhalten des Gaspedals 54 in der gedrückten Stellung.
Bedingt durch das Niedertreten des Gaspedals 54 steigt auch das vom Antriebsmotor 12 bereitgestellte Motormoment an. Wenngleich in 5 nicht eingezeichnet, weist dementsprechend auch das Motormomentensignal einen vergleichsweise starken Anstieg in dem Zeitbereich auf, in dem das Pedalstellungssignal s ansteigt.
Eingezeichnet ist in 5 ferner ein beispielhafter zeitlicher Verlauf der mit v bezeichneten Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Man erkennt deutlich den Geschwindigkeitsanstieg ausgehend von der Geschwindigkeit Null.
Um rechtzeitig zu erkennen, wann ein Anfahrvorgang stattfindet, überprüft die Steuereinheit 42 das Motormomentensignal oder/und das Pedalstellungssignal daraufhin, ob das betreffende Signal einen vorbestimmten Schwellenwert überschritten hat. Mit anderen Worten überprüft die Steuereinheit 42, ob das Motormoment auf einen bestimmten Momentenwert angestiegen ist. Alternativ oder zusätzlich überprüft die Steuereinheit 42, ob das Gaspedal 54 bis zu einer bestimmten Stellung niedergedrückt ist. Im folgenden wird davon ausgegangen, dass die Steuereinheit 42 lediglich das Pedalstellungssignal s überwacht. Es versteht sich, dass die Steuereinheit 42 stattdessen nur das Motormomentensignal oder beide Signale überwachen und auswerten kann.
Das Erreichen eines vorbestimmten Schwellenwerts durch das Pedalstellungssignal s ist für die Steuereinheit 42 ein Hinweis darauf, dass ein Anfahrvorgang vom Fahrer eingeleitet wurde. Es ist allerdings nicht der einzige Hinweis und die einzige Bedingung. Weitere Bedingungen müssen bei dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel erfüllt sein, damit die Steuereinheit 42 auf einen Anfahrvorgang schließt. Eine solche Bedingung ist, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs gleich Null ist oder zumindest unterhalb einer vorbestimmten niedrigen Geschwindigkeitsschwelle von beispielsweise 3 oder 5 km/h liegt. Eine weitere Bedingung ist, dass das Wechselgetriebe 14 in eine Gangstellung eingestellt ist, die einem Anfahrgang (1. Gang) oder einem Rückwärtsgang entspricht. Zusätzlich kann noch die Bedingung aufgestellt sein, dass die Schaltkupplung 15 geschlossen sein muss. Ist eine dieser Bedingungen nicht erfüllt, so erkennt die Steuereinheit 42 nicht auf einen Anfahrvorgang, selbst wenn das Pedalstellungssignal s den vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
Der Schwellenwert für das Pedalstellungssignal s (in 5 ist dieser Schwellenwert beispielhaft mit so bezeichnet) kann so festgelegt sein, dass der Fahrer das Gaspedal 54 nur geringfügig niedertreten muss, um diese Schwelle zu erreichen. Es ist allerdings auch möglich, die Schwelle so festzulegen, dass ein vergleichsweise starkes Niedertreten des Gaspedals 54 durch den Fahrer notwendig ist, um die Schwelle zu erreichen. Beispielsweise kann der Schwellenwert s₀ des Pedalstellungssignals s einer mittleren Stellung des Gaspedals 54 entsprechen, in der dieses etwa bis zur Hälfte niedergetreten ist.
Sobald die Steuereinheit 42 feststellt, dass das Pedalstellungssignal s den betreffenden Schwellenwert überstiegen hat und gleichzeitig das Wechselgetriebe 14 in den ersten Gang eingestellt ist, die Fahrzeuggeschwindigkeit Null oder hinreichend klein ist und ggf. die Sperrkupplung 15 geschlossen ist (der Zustand der Sperrkupplung 15 kann in an sich bekannter Weise durch einen nicht näher dargestellten Sensor erfasst werden, der beispielsweise die Position eines Ausrückers oder eines Kupplungspedals detektiert), bewirkt sie die Einstellung eines vorbestimmten Anfahr-Kupplungszustands an der Sperrkupplung 34. Die Sperrkupplung 34 wird hierzu nicht vollständig geschlossen. Vielmehr ist sie in dem Anfahr-Kupplungszustand nur teilweise geschlossen. Das in dem Anfahr-Kupplungszustand aufgebrachte Sperrmoment der Sperrkupplung 34 ist vorzugsweise nicht größer als 80%. Die Prozentangabe bezieht sich hierbei auf das insgesamt vom Verteilergetriebe 16 zu verteilende Antriebsmoment.
Es versteht sich, dass bei Anwendung dieses Steuerkonzepts auf die Vorderachs-Sperrkupplung 36, auf die Hinterachs-Sperrkupplung 38 oder auf die Verteilerkupplung 64a der 2 andere Prozentwerte des im Anfahr-Kupplungszustand übertragenen Kupplungsmoments gewählt werden können. Es hat sich jedoch als günstig erwiesen, im Anfahrfall stets nur einen teilweise geschlossenen Zustand der betreffenden Verteiler- oder Sperrkupplung einzustellen.
Die Steuereinheit 42 wählt den einzustellenden Anfahr-Kupplungszustand der Sperrkupplung 34 abhängig vom Lenkwinkel α. Das Kennliniendiagramm der 3 zeigt eine beispielhafte Abhängigkeit des Anfahr-Kupplungszustands vom Lenkwinkel α. Bei einem Lenkwinkel gleich Null, d.h. einer Geradeausstellung der Vorderräder 24, 26, wird ein Anfahr-Kupplungszustand gewählt, in dem die Sperrkupplung 34 am stärksten geschlossen ist. Je stärker die Vorderräder 24, 26 bei Erkennung eines Anfahrvorgangs von der Geradeausstellung abweichen, desto weniger stark ist die Sperrkupplung 34 im Anfahr-Kupplungszustand geschlossen. Die Abhängigkeit des Anfahr-Kupplungszustands vom Lenkwinkel α kann proportional sein, wie in 3 mit durchgezogener Linie angedeutet. Es sind freilich auch andere, nicht-lineare Abhängigkeiten des Anfahr-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 3 mit gestrichelter Linie angedeutet.
Die Lenkwinkel-Kennlinie des Anfahr-Kupplungszustands ist in Form einer Tabelle oder einer mathematischen Gleichung in dem Speicher 46 der Steuereinheit 42 abge legt. Erkennt die Steuereinheit 42 einen bevorstehenden Anfahrvorgang, so ermittelt sie für den momentanen Wert des Lenkwinkes α aus der Lenkwinkel-Kennlinie einen Faktor, der in dem Diagramm der 3 mit f₁ bezeichnet ist. Der Faktor f₁ repräsentiert eine beispielsweise prozentuale Angabe für den einzustellenden Schließgrad der Sperrkupplung 34.
Da das Sperrmoment der Sperrkupplung 34 nur für den Anfahrvorgang benötigt wird, wird die Sperrkupplung 34 nach Einstellung des Anfahr-Kupplungszustands wieder geöffnet. Das Öffnen der Sperrkupplung 34 kann unmittelbar nach Einstellung des Anfahr-Kupplungszustands oder mit einer gewissen Zeitverzögerung beginnen. Es ist auch möglich, das Öffnen der Sperrkupplung 34 von einer oder mehreren Bedingungen abhängig zu machen, die mit einem oder mehreren Betriebsparametern des Fahrzeugs im Zusammenhang stehen. Beispielsweise kann das Öffnen der Sperrkupplung 34 davon abhängig gemacht werden, dass das Pedalstellungssignal oder/und das Motormomentensignal unter einen vorbestimmten Schwellenwert sinken. In einem solchen Fall überprüft die Steuereinheit 42, nachdem sie die Einstellung des Anfahr-Kupplungszustands an der Sperrkupplung 34 veranlasst hat, ob der Grund für die Einstellung dieses Kupplungszustands weiterhin besteht. Ist dies der Fall, wird der eingestellte Anfahr-Kupplungszustand aufrecht erhalten. Erst dann, wenn wenigstens eine Öffnungsbedingung erfüllt ist, beginnt die Steuereinheit 42 das eingestellte Sperrmoment abzubauen.
Unabhängig davon, ob mit dem Abbau des Sperrmoments in einem vorgegebenen zeitlichen Zusammenhang zur Einstellung des Anfahr-Kupplungszustands begonnen wird oder andere Öffnungsbedingungen erfüllt sein müssen, kann der Momentenabbau selbst ebenfalls in Abhängigkeit eines oder mehrerer Parameter erfolgen. Ein beispielhafter Parameter ist die Fahrzeuggeschwindigkeit v. Diesbezüglich wird auf 4 verwiesen, die schematisch eine beispielhafte Geschwindigkeits-Kennlinie des Momentenabbaus zeigt. T bezeichnet dort das Tastverhältnis eines pulsweitenmodulierten Ansteuersignals für die Stelleinheit 40 der Sperrkupplung 34. Bei Verwendung der Pulsweitenmodulation als Ansteuermethode für die Stelleinheit 40 bzw. deren Elektromotor ist das Tastverhältnis T ein Maß für den Grad des Schließens der Sperrkupplung 34. Je geringer das Tastverhältnis, desto weniger stark ist die Sperrkupplung 34 geschlossen.
Man erkennt, dass gemäß der Geschwindigkeits-Kennlinie der 4 die Sperrkupplung 34 mit zunehmender Geschwindigkeit v des Fahrzeugs stärker geöffnet wird. Anstatt der in 4 mit durchgezogener Linie gezeigten proportionalen Abhängig keit des Momentenabbaus von der Geschwindigkeit v kann auch eine nicht-lineare Geschwindigkeitsabhängigkeit vorliegen. Auch kann die Geschwindigkeits-Kennlinie einen Bereich enthalten, in dem der Kupplungszustand der Sperrkupplung 34 für verschiedene innerhalb dieses Bereichs liegende Geschwindigkeiten unverändert bleibt. Die in 4 gestrichelt eingezeichnete Geschwindigkeits-Kennlinie enthält einen solchen Totbereich. In dem Beispiel der 4 bewirkt dieser Totbereich, dass mit dem Momentenabbau erst dann begonnen wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit v einen bestimmten, von Null verschiedenen Wert erreicht hat. Bewirkt die Steuereinheit 42 einen Abbau des Sperrmoments in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v, so kann die Sperrkupplung 34 bei einer Grenzgeschwindigkeit v_G von beispielsweise 40km/h wieder in den geöffneten, nicht-sperrenden Zustand eingestellt werden.
Alternativ zu einem geschwindigkeitsabhängigen Öffnen kann von der Steuereinheit 42 auch ein zeitabhängiges Öffnen der Sperrkupplung 34 bewirkt werden. Daneben ist es denkbar, den Öffnungsvorgang der Sperrkupplung 34 alternativ oder zusätzlich in Abhängigkeit vom Motormoment des Antriebsmotors 12 oder/und von der Gaspedalstellung zu gestalten.
Es wird noch einmal auf 5 verwiesen. Dort ist zu erkennen, wie das Tastverhältnis T auf einen Wert T₁ angehoben wird, nachdem die Steuereinheit 42 zu einem Zeitpunkt t₀ das Überschreiten des Schwellenwerts so durch das Pedalstellungssignal s feststellt. Im Anschluss hieran wird das Tastverhältnis T wieder allmählich abgesenkt, wobei das Absenken nach Maßgabe einer der vorstehend erläuterten möglichen Abhängigkeiten (z. B. Zeit, Geschwindigkeit) erfolgen kann.
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 Anfahrvorgangs einzustellende Anfahr-Kupplungszustand abhängig vom Lenkwinkel α gewählt wird. Ändert sich im Anschluss an die Einstellung des Anfahr-Kupplungszustands der Lenkwinkel α, noch bevor die betreffende Sperr- oder Verteilerkupplung wieder vollständig geöffnet wurde, so nimmt die Steuereinheit 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 Anfahr-Kupplungszustands verwendet hat.
Es wurde ferner schon erwähnt, dass nicht nur bei einem Anfahren aus dem Stillstand, sondern auch bei einem Anfahren, wenn das Fahrzeug schon mit geringer Geschwindigkeit rollt, die erfindungsgemäße Funktionalität zweckmäßig und wünschenswert ist. Es kann dann neben der Lenkwinkelabhängigkeit auch eine Geschwindigkeitsabhängigkeit des bei Erkennung eines Anfahrvorgangs einzustellenden Anfahr-Kupplungszustands implementiert sein, die sich beispielsweise nach derselben Kennlinie richten kann, die auch für den Momentenabbau genutzt wird.
Anhand des Flussdiagramms der 6 werden verschiedene Schritte des vorstehend vorgestellten beispielhaften Steuerkonzepts noch einmal kurz zusammengefasst. Das Steuerkonzept ist durch eine Steuerroutine verkörpert, die von dem Steuerprogramm 48 abgearbeitet wird. Im Flussdiagramm der 6 ist diese Steuerroutine als Anfahrmodul bezeichnet. Im Rahmen der beispielhaften Routine "Anfahrmodul" der 6 wird nur das Pedalstellungssignal s ausgewertet, nicht jedoch das Motormomentensignal. Wie bereits erwähnt, kann stattdessen nur das Motormomentensignal ausgewertet werden oder es können beide Signale für die Erkennung eines Anfahrvorgangs herangezogen werden.
In einem Schritt S₁ der Routine "Anfahrmodul" wird das Pedalstellungssignal s erfasst. In einem anschließenden Schritt S₂ wird geprüft, ob das Signal s gleich dem Schwellenwert so ist oder diesen überschreitet. Falls nein, geht die Routine zu Schritt S₁ zurück. Falls ja, wird in einem nachfolgenden Schritt S₃ geprüft, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit gleich Null ist (oder zumindest kleiner als eine vorbestimmte niedrige Geschwindigkeitsschwelle). Falls die Fahrzeuggeschwindigkeit diese Bedingung nicht erfüllt, geht die Routine zurück zu Schritt S₁. Falls die Geschwindigkeitsbedingung jedoch erfüllt ist, geht die Routine weiter zu einem Schritt S₄, in dem geprüft wird, ob ein Anfahrgang, beispielsweise der 1. Gang eines Handschaltgetriebes, eingelegt ist. Gewünschtenfalls wird auch geprüft, ob ein Rückwärtsgang eingelegt ist. Ist kein Gang oder ein anderer Gang eingelegt, geht die Routine zurück zu Schritt S₁. Ist der Anfahrgang (oder der Rückwärtsgang) eingelegt, wird in einem Schritt S₅ die Einstellung eines Anfahr-Kupplungszustands der betreffenden Sperr- oder Verteilerkupplung bewirkt. Dieser Anfahr-Kupplungszustand wird abhängig vom Lenkwinkel α gewählt. In einem anschließendem Schritt S₆ wird daraufhin die Kupplung wieder geöffnet, beispielsweise abhängig von der Zeit, der Fahrzeuggeschwindigkeit oder einer bestimmten Öffnungsbedingung, die erfüllt sein muss, damit der Öffnungsvorgang eingeleitet wird.
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 1 und 2 gezeigten Kupplungen von nasslaufenden Lamellenreibkupplungen gebildet sein.
Das Fahrzeug kann mit einem manuell bedienbaren Betätigungsorgan 66 (1) ausgestattet sein, mittels welchem der Fahrer des Fahrzeugs eine das Übersetzungsverhältnis des Wechselgetriebes 14 zusätzlich untersetzende Getriebeuntersetzung aktivieren kann. Ein Sensor 68 detektiert, ob die Getriebeuntersetzung zugeschaltet ist oder nicht. Der Sensor 68 liefert sein Sensorsignal an die Busanordnung 43, über die die Steuereinheit 42 auf das Signal des Sensors 68 zugreifen kann.
Hat der Fahrer die Getriebeuntersetzung zugeschaltet, bewirkt die Steuereinheit 42 die Einstellung eines Untersetzungs-Kupplungszustands an einer oder mehreren der Sperr- bzw. Verteilerkupplungen des Fahrzeugs. Im Fall der Antriebsstrangkonfiguration der 1 bewirkt die Steuereinheit 42 die Einstellung eines solchen Kupplungszustands an wenigstens einer der Sperrkupplungen 34, 36, 38, insbesondere an allen dieser Sperrkupplungen. Im Fall der Antriebsstrangkonfiguration der 2 bewirkt die Steuereinheit 42a die Einstellung eines derartigen Kupplungszustands an der Verteilerkupplung 64a.
Der bei Aktivierung der Getriebeuntersetzung einzustellende Untersetzungs-Kupplungszustand ist ein Zwischenzustand der betreffenden Verteiler- oder Sperrkupplung, in dem die Kupplung nur teilweise geschlossen ist. Der Untersetzungs-Kupplungszustand wird geschwindigkeitsabhängig geändert. 7 zeigt eine beispielhafte Geschwindigkeits-Kennlinie des Untersetzungs-Kupplungszustands. Gemäß dieser Kennlinie bleibt der Untersetzungs-Kupplungszustand in einem von Null bis zu einer Grenzgeschwindigkeit v₀ reichenden Geschwindigkeitsbereich unverändert, während er im Anschluss an die Grenzgeschwindigkeit v₀ im Sinne eines Öffnens der Kupplung verändert wird. Nach Überschreiten der Grenzgeschwindigkeit v₀ kann, wie in 7 dargestellt, bereits bei einer nur vergleichsweise geringen Geschwindigkeitserhöhung ein relativ starkes Öffnen der Kupplung bewirkt werden. Die Geschwindigkeitsabhängigkeit des Untersetzungs-Kupplungszustands nach Überschreiten der Grenzgeschwindigkeit v₀ kann selbstverständlich auch deutlich schwächer ausgebildet sein. f₂ repräsentiert in dem Diagramm der 7 einen Faktor, der ein Maß für die Stärke des Schließens der betreffenden Kupplung ist. Je größer der Wert von f₂ ist, desto stärker ist die Kupplung geschlossen.
Eine Geschwindigkeits-Kennlinie entsprechend 7 bietet den Vorteil, dass die betreffende Sperr- oder Verteilerkupplung bei Anfahren und bei Fahrt mit niedriger Geschwindigkeit mit einem Kupplungsmoment beaufschlagt wird. Bei Fahrten im Gelände, wo die Getriebeuntersetzung zumeist eingesetzt wird, stellt sich so eine bessere Traktion ein.
Soweit hier einseitig oder zweiseitig begrenzte Parameterbereiche angegeben sind, wird darauf hingewiesen, dass jeder vom betreffenden Bereich umfasste Teilbereich (sei es einseitig begrenzt oder zweiseitig) und jeder darin liegende Einzelwert als ausdrücklich offenbart und zur Erfindung gehörig angesehen wird.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Kraftfahrzeug-Drehmomentübertragungskupplung (z.B. 34), deren Kupplungszustand das Verteilungsverhältnis eines Antriebsmoments zwischen einer ersten (24, 26) und einer zweiten Radanordnung (30, 32) des Fahrzeugs bestimmt, wobei die Kupplung (34) 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) des Fahrzeugs auf eine vorbestimmte Bedingung überwacht wird, welche für einen Anfahrvorgang des Fahrzeugs repräsentativ ist, und dass bei Erkennung eines Anfahrvorgangs die Kupplung (34) in einen vorbestimmten, von dem ersten Endzustand verschiedenen Anfahr-Kupplungszustand eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung eines Anfahrvorgangs 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 überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anfahrvorgang zumindest abhängig davon festgestellt wird, dass das Motormomentensignal einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anfahrvorgang zumindest abhängig davon festgestellt wird, dass das Pedalstellungssignal (s) einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein eine eingelegte Gangstufe eines Schaltgetriebes (14) des Fahrzeugs angebendes Gangstellungssignal überwacht wird und ein Anfahrvorgang ferner abhängig davon festgestellt wird, dass eine vorbestimmte Gangstufe eingelegt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungszustand einer im Antriebsstrang des Fahrzeugs zwischen einem Antriebsmotor (12) und einem Wechselgetriebe (14) angeordneten Schaltkupplung (15) überwacht wird und ein Anfahrvorgang ferner abhängig vom Kupplungszustand der Schaltkupplung (15) festgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (v) des Fahrzeugs überwacht wird und ein Anfahrvorgang ferner abhängig davon festgestellt wird, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit gleich Null ist oder unterhalb einer vorbestimmten Geschwindigkeitsschwelle liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anfahr-Kupplungszustand ein Zwischenzustand der Kupplung ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anfahr-Kupplungszustand ein Zwischenzustand der Kupplung ist, in dem die Kupplung höchstens 80% des maximal von ihr übertragbaren Anteils des Antriebsmoments überträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anfahr-Kupplungszustand abhängig von einem Lenkwinkel (α) des Fahrzeugs festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, 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 Anfahr-Kupplungszustand gewählt wird, in dem ein größerer Anteil des Antriebsmoments über die Kupplung (34) übertragen wird, und bei einer größeren Abweichung des Lenkwinkels von dem Null-Lenkwinkel ein Anfahr-Kupplungszustand gewählt wird, in dem ein geringerer Anteil des Antriebsmoments über die Kupplung übertragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (34) in Abhängigkeit mindestens eines der folgenden Parameter von dem Anfahr-Kupplungszustand in Richtung zum ersten Endzustand hin verstellt wird: Zeit, Stellung eines Gaspedals (54) des Fahrzeugs, Ge schwindigkeit (v) des Fahrzeugs, bereitgestelltes Motormoment eines Antriebsmotors (12) des Fahrzeugs, Kupplungszustand einer im Antriebsstrang des Fahrzeugs zwischen einem Antriebsmotor (12) und einem Wechselgetriebe (14) angeordneten Schaltkupplung (15).
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (34) zumindest in einem vorbestimmten Bereich der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit wenigstens annähernd proportional zu dieser in Richtung zu dem ersten Endzustand hin verstellt wird.
Verfahren nach einem Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Anfahr-Kupplungszustand ausgehend von einer Fahrzeuggeschwindigkeit gleich Null über einen vorbestimmten Geschwindigkeitsbereich hinweg im wesentlichen gleichbleibend aufrechterhalten wird und die Kupplung nach Überschreiten dieses Geschwindigkeitsbereichs in Abhängigkeit mindestens eines Betriebsparameters des Fahrzeugs in Richtung zu dem ersten Endzustand hin verstellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung bei Erreichen einer vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit (v_G) zwischen 20 und 50 km/h in den ersten Endzustand eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Radanordnungen an einer gemeinsamen Achse (18, 20) angeordnet sind und die Kupplung als steuerbare Sperrkupplung (36, 38) eines Querdifferentials (22, 28) dieser Achse dient.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Radanordnungen 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.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Radanordnungen an verschiedenen Achsen (18a, 20a) des Fahrzeugs angeordnet sind und die Kupplung als steuerbare Verteiler kupplung (64a) zur Verteilung des Antriebsmoments auf die beiden Radanordnungen dient.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (34) eine elektromotorische Stelleinheit (40) umfasst, welche zur Verstellung des Kupplungszustands der Kupplung elektrisch angesteuert wird.
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.
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 19 zu bewirken.
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 Anfahrvorgang des Fahrzeugs repräsentativ ist, und bei Erkennung eines Anfahrvorgangs die Kupplung in einen vorbestimmten, von dem ersten Endzustand verschiedenen Anfahr-Kupplungszustand einzustellen, gewünschtenfalls in Verbindung mit einem oder mehreren Merkmalen mindestens eines der Ansprüche 2 bis 19.
Verfahren 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 An teil des Antriebsmoments überträgt, und einer Vielzahl von Zwischenzuständen zwischen den beiden Endzuständen verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Aktivierung einer durch Betätigung eines fahrerbedienbaren Betätigungsorgans (66) zuschaltbaren Getriebeuntersetzung des Fahrzeugs die Kupplung bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit gleich Null in einen vorbestimmten, von dem ersten Endzustand verschiedenen Anfahr-Kupplungszustand eingestellt wird und mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit gemäß einer vorbestimmten Geschwindigkeitsabhängigkeit in Richtung zu dem ersten Endzustand hin verstellt wird.