DE102004004868A1

DE102004004868A1 - Verfahren und Anordnung zur Steuerung einer Kraftfahrzeug-Drehmomentübertragungskupplung

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Publication number: DE102004004868A1
Application number: DE102004004868A
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: WO2005073010A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Steuerung einer Kraftfahrzeug-Drehmomentübertragungskupplung (z. B. 38) vorgeschlagen, deren Kupplungszustand das Verteilungsverhältnis eines Drehmoments zwischen einer ersten (30) und einer zweiten (32) Radanordnung des Fahrzeugs bestimmt. Die Kupplung ist zwischen einem ersten Endzustand, in dem sie im wesentlichen kein Kupplungsmoment überträgt, einem zweiten Endzustand, in dem sie einen maximalen Anteil des Drehmoments überträgt, sowie einer Vielzahl von Zwischenzuständen zwischen den beiden Endzuständen verstellbar. Erfindungsgemäß wird mindestens ein Betriebsparameter des Fahrzeugs auf eine vorbestimmte Bedingung überwacht, welche für einen vom Fahrer des Fahrzeugs durch Gaswegnahme bewirkten Lastwechsel repräsentativ ist. Bei Erkennung eines Lastwechsels wird die Kupplung (38) in einen von dem ersten Endzustand verschiedenen Kupplungszustand eingestellt. Der einzustellende Kupplungszustand wird vorzugsweise abhängig vom Lenkwinkel und von der Fahrzeuggeschwindigkeit gewählt. Zur Erkennung des Lastwechsels kann ein Pedalstellungssignal herangezogen werden, das für die Stellung eines Gaspedals (54) des Fahrzeugs repräsentativ ist. Alternativ oder zusätzlich können Signale ausgewertet werden, welche das von einem Antriebsmotor (12) des Fahrzeugs bereitgestellte Motormoment oder die Verzögerung des Fahrzeugs angeben.

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 Drehmoments 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 Moment 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 Moment 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 dann und nur 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.

Immer wieder kommt es vor, dass ein Fahrer während des Fahrens plötzlich und abrupt den Fuß vom Gaspedal nimmt. Dies hat eine Lastwechselreaktion des Fahrzeugs zur Folge, bei der eine erhebliche dynamische Gewichtsverlagerung von hinten nach vorne auftreten kann. Dabei verringern sich vorübergehend die Seitenführungskräfte der Hinterräder, während sie gleichzeitig an den Vorderrädern zunehmen. Dies kann das fahrdynamische Verhalten des Fahrzeugs beträchtlich verändern. Ein häufig beobachtetes Phänomen ist beispielsweise das sogenannte Lastwechselübersteuern, bei dem das Fahrzeug ein merklich übersteuerndes Verhalten zeigt, wenn der Fahrer durch Gaswegnahme eine Lastwechselreaktion provoziert. Viele Fahrer sind mit solchen plötzlichen Veränderungen des fahrdynamischen Verhaltens des Fahrzeugs aufgrund mangelnder Übung überfordert.

Herkömmliche Systeme zur Steuerung von aktiven Verteiler- oder Sperrkupplungen sind nicht dazu vorbereitet, mit einem durch Gaswegnahme bewirkten Lastwechsel umzugehen, da sie allein auf Drehzahldifferenzen ansprechen, im Zuge eines solchen Lastwechsels jedoch nicht notwendigerweise verstärkte Drehzahldifferenzen auftreten. Selbst wenn als Folge eines Lastwechsels Drehzahldifferenzen auftreten oder verstärkt werden, müssen diese bei herkömmlichen aktiv gesteuerten Verteiler- oder Sperrkupplungen erst sensiert und dann von der Steuereinheit ausgewertet werden. Anschließend muss von der Steuereinheit ein Steuerbefehl zum Schließen der Kupplung ausgesendet werden, bevor Letztere geschlossen wird. Die dabei auftretenden Zeitverzögerungen sowohl auf der elektrischen als auch der mechanischen Signalstrecke sind in der Regel zu groß, um rasch genug der Lastwechselreaktion des Fahrzeugs entgegenzuwirken.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei Lastwechseln eines mit einer aktiv steuerbaren Sperr- oder Verteilerkupplung ausgestatteten Fahrzeugs für ein sichereres und stabileres Fahrverhalten zu sorgen.

Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Steuerung einer Kraftfahrzeug-Drehmomentübertragungskupplung, deren Kupplungszustand das Verteilungsverhältnis eines Drehmoments zwischen einer ersten und einer zweiten Radanordnung des Fahrzeugs beeinflusst, wobei die Kupplung zwischen einem ersten Endzustand, in dem sie im wesentlichen kein Kupplungsmoment überträgt, einem zweiten Endzustand, in dem sie einen maximalen Anteil des Drehmoments überträgt, und einer Vielzahl von Zwischenzuständen zwischen den beiden Endzuständen verstellbar ist.

Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass mindestens ein Betriebsparameter des Fahrzeugs auf eine vorbestimmte Bedingung überwacht wird, welche für einen vom Fahrer des Fahrzeugs durch Gaswegnahme bewirkten Lastwechsel repräsentativ ist, und dass die Kupplung zumindest abhängig davon in einen von dem ersten Endzustand verschiedenen Kupplungszustand eingestellt wird, dass ein durch Gaswegnahme bewirkter Lastwechsel erkannt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird mindestens ein geeigneter Betriebsparameter des Fahrzeugs auf eine zuvor definierte Bedingung überwacht, die darauf schließen lässt, dass der Fahrer einen Lastwechsel durch Gaswegnahme eingeleitet hat. Ziel ist es, den Lastwechsel zu erkennen, bevor die typische Lastwechselreaktion des Fahrzeugs eintritt. Wird ein solcher Lastwechsel erkannt, wird die Kupplung sozusagen vorbeugend (teilweise oder vollständig) geschlossen. Auf diese Weise können durch den Lastwechsel bedingte Einbußen an Fahrstabilität und ein mögliches indifferentes fahrdynamisches Verhalten des Fahrzeugs vermieden oder zumindest deutlich abgemildert werden. Insbesondere kann bei Kurvenfahrten das typische Lastwechselübersteuern merklich verringert werden.

Ein zweckmäßiger Indikator für einen Lastwechselfall kann beispielsweise die Stellung eines Gaspedals des Fahrzeugs sein. Zur Erkennung eines Lastwechsels kann deshalb ein für die Gaspedalstellung repräsentatives Pedalstellungssignal überwacht werden. Dabei wird vorzugsweise aus dem Pedalstellungssignal ermittelt, ob das Gaspedal aus einer gedrückten Pedalstellung in eine Ruhestellung oder eine vorbestimmte ruhestellennahe Stellung zurückgegangen ist. Ein durch Gaswegnahme bewirkter Lastwechsel wird dann zumindest abhängig davon festgestellt, dass das Gaspedal in die Ruhestellung beziehungsweise die ruhestellennahe Stellung zurückgegangen ist.

Weitere Indikatoren für einen Lastwechsel können das von einem Antriebsmotor des Fahrzeugs bereitgestellte Motormoment oder/und die Verzögerung des Fahrzeugs sein. Zur Erkennung eines durch Gaswegnahme bewirkten Lastwechsels kann deshalb ein für das Motormoment repräsentatives Motormomentensignal oder/und ein die Fahrzeugverzögerung angebendes Verzögerungssignal überwacht werden. Zur Ermittlung der Fahrzeugverzögerung kann beispielsweise ein Längsbeschleunigungssensor vorgesehen sein. Ebenso ist es denkbar, die Verzögerung mittelbar über Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit zu ermitteln.

Es hat sich gezeigt, dass die das Fahrverhalten stabilisierende Wirkung der Erfindung optimiert werden kann, wenn für unterschiedliche Lenkwinkel des Fahrzeugs oder/und unterschiedliche Geschwindigkeiten des Fahrzeugs der bei Erkennung eines durch Gaswegnahme bewirkten Lastwechsels einzustellende Kupplungszustand zumindest teilweise unterschiedlich gewählt wird. Es versteht sich, dass es sich dabei um die Fahrzeuggeschwindigkeit beziehungsweise den Lenkwinkel zum Zeitpunkt des Erkennens des Lastwechsels handelt.

Bei Durchfahren vergleichsweise enger Kurven ist mit einer stärkeren Reaktion des Fahrzeugs auf einen plötzlichen Lastwechsel zu rechnen ist als bei weniger engen Kurven oder bei Geradeausfahrt. Dementsprechend empfiehlt es sich, zumindest in einem vorbestimmten Lenkwinkelbereich bei Erkennung eines durch Gaswegnahme bewirkten Lastwechsels die Kupplung in einen weniger stark geschlossenen Kupplungszustand einzustellen, wenn die Abweichung des Lenkwinkels von einem einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs entsprechenden Null-Lenkwinkel kleiner ist, sie jedoch in einen stärker geschlossenen Kupplungszustand einzustellen, wenn die Abweichung des Lenkwinkels von dem Null-Lenkwinkel größer ist.

Der vorbestimmte Lenkwinkelbereich beginnt vorzugsweise bei dem Null-Lenkwinkel und reicht bis zu einem Grenz-Lenkwinkel, oberhalb dessen bei Erkennung eines durch Gaswegnahme bewirkten Lastwechsels die Kupplung für verschiedene Werte des Lenkwinkels im wesentlichen in den gleichen Kupplungszustand eingestellt wird. Mit anderen Worten wird oberhalb des Grenz-Lenkwinkels unabhängig vom jeweiligen Wert des Lenkwinkels stets im wesentlichen der gleiche Kupplungszustand eingestellt. Der Grenz-Lenkwinkel entspricht vorzugsweise einer Drehung eines Lenkrads des Fahrzeugs gegenüber einer der Geradeausfahrt des Fahrzeugs entsprechenden Null-Drehstellung des Lenkrads zwischen 30 und 150 Grad.

Da außerdem bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten eine stärkere Lastwechselreaktion des Fahrzeugs auftreten wird als bei niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeiten, ist es vorteilhaft, wenn zumindest in einem vorbestimmten Geschwindigkeitsbereich bei Erkennung eines durch Gaswegnahme bewirkten Lastwechsels die Kupplung in einen weniger stark geschlossenen Kupplungszustand eingestellt wird, wenn die Geschwindigkeit niedriger ist, sie jedoch in einen stärker geschlossenen Kupplungszustand eingestellt wird, wenn die Geschwindigkeit höher ist.

Bevorzugt beginnt der vorbestimmte Geschwindigkeitsbereich bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit gleich oder annähernd Null und reicht bis zu einer Grenz-Geschwin digkeit, oberhalb der für verschiedene Werte der Geschwindigkeit im wesentlichen der gleiche Kupplungszustand eingestellt wird, wenn ein durch Gaswegnahme bewirkter Lastwechsel erkannt wird. Die Grenz-Geschwindigkeit beträgt vorzugsweise zwischen 60 und 150 km/h.

Wird der bei Erkennung eines durch Gaswegnahme bewirkten Lastwechsels einzustellende Kupplungszustand in Abhängigkeit von mehreren Betriebsparametern des Fahrzeugs gewählt, beispielsweise dem Lenkwinkel und der Fahrzeuggeschwindigkeit, so sieht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, dass für den aktuellen Wert jedes dieser Betriebsparameter aus einer Datenbasis ein Anteilsfaktor ermittelt wird, aus den so ermittelten Anteilsfaktoren durch Multiplikation ein Gesamtfaktor ermittelt wird und der einzustellende Kupplungszustand nach Maßgabe des ermittelten Gesamtfaktors gewählt wird. Über die Anteilsfaktoren kann die Gewichtung jedes Betriebsparameters bei der Wahl des einzustellenden Kupplungszustands beeinflusst werden. Dem Gedanken, aus mehreren Anteilsfaktoren durch Multiplikation einen Gesamtfaktor zu ermitteln, nach dessen Maßgabe der Kupplungszustand eingestellt wird, wird im übrigen selbständig schutzfähige Bedeutung beigemessen.

Der bei Erkennung eines durch Gaswegnahme bewirkten Lastwechsels einzustellende Kupplungszustand ist vorzugsweise ein Zwischenzustand der Kupplung, in dem diese nur teilweise geschlossen ist. Beispielsweise kann dieser Zwischenzustand einer sein, bei dem die Kupplung weniger also 80% des maximal von ihr übertragbaren Anteils des Drehmoments überträgt. Es ist freilich nicht grundsätzlich ausgeschlossen, im Lastwechselfall die Kupplung vollständig zu schließen, sie also in den zweiten Endzustand einzustellen.

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 Drehmoment 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 Drehmoments 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 drehbaren Scheibenteilen, die zwischen sich eine Kugelanordnung aufnehmen, wobei die 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 beigeführt werden, was den axialen Abstand zwischen den beiden Scheibenteilen beeinflusst.

Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zur Steuerung einer Kraftfahrzeug-Drehmomentübertragungskupplung, deren Kupplungszustand das Verteilungsverhältnis eines Drehmoments zwischen einer ersten und einer zweiten Radanordnung des Fahrzeugs bestimmt, wobei die Kupplung zwischen einem ersten Endzustand, in dem sie im wesentlichen kein Kupplungsmoment überträgt, einem zweiten Endzustand, in dem sie einen maximalen Anteil des Drehmoments 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 Betriebsparameter des Fahrzeugs auf eine vorbestimmte Bedingung zu überwachen, welche für einen vom Fahrer des Fahrzeugs durch Gaswegnahme bewirkten Lastwechsel repräsentativ ist, und die Kupplung zumindest abhängig davon in einen von dem ersten Endzustand verschiedenen Kupplungszustand einzustellen, dass ein durch Gaswegnahme bewirkter Lastwechsel erkannt wird. 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, 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.

Es hat sich gezeigt, dass die Erfindung kritische Fahrmanöver wie beispielsweise Bremsen in der Kurve (einem Bremsvorgang in der Kurve geht gemeinhin immer ein Lastwechsel voraus) wesentlich entschärfen kann und die Zahl der notwendigen Eingriffe anderer konventioneller Fahrdynamik-Regelsysteme, die auf die Antriebsleistung oder auf die Fahrzeugbremsen einwirken, reduzieren kann. Dies führt insgesamt zu einer Erhöhung des Fahrkomforts, da Eingriffe in die Motorleistungsabgabe oder an den einzelnen Radbremsen vom Fahrer oftmals als sehr unkomfortabel und abrupt wahrgenommen werden und deshalb besonders von sportlichen Fahrern nicht sehr geschätzt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:
1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines mechanischen Antriebstrangs eines Kraftfahrzeugs mit für die Steuerung von Sperrkupplungen des Antriebstrangs 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 beispielhaftes Zeitdiagramm von Betriebsparametern des Fahrzeugs bei einem Lastwechselvorgang,
4 ein qualitatives Kennliniendiagramm für die Abhängigkeit eines bei Erkennung eines Lastwechsels einzustellenden Lastwechsel-Kupplungszustands von einem Lenkwinkel des Fahrzeugs und
5 ein qualitatives Kennliniendiagramm für die Abhängigkeit des Lastwechsel-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 in 1 nicht näher dargestellte Schaltkupplung 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 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 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 individuelle 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 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 Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermitteln. Die Steuereinheit 42 kann zudem aus etwaigen Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit einen Wert für die positive oder negative Beschleunigung des Fahrzeugs ermitteln. Alternativ ist es vorstellbar, dass das Fahrzeug mit einem nicht näher dargestellten Beschleunigungssensor ausgeführt ist, der unmittelbar die Beschleunigung des Fahrzeugs misst.
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 Lenkwinkelsignal und gegebenenfalls auf ein Gangstellungssignal 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 beizeichneten 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 die 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 Drehmoments auf verschiedene Räder des Fahrzeugs beeinflussen lässt.
Nachfolgend wird ein Steuerkonzept für die Hinterachs-Sperrkupplung 38 der 1 erläutert. Dieses Steuerkonzept ist sinngemäß auf die beiden anderen Sperrkupplungen 34, 36, 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 38 offen, d. h. sie überträgt kein Kupplungsmoment. Das Hinterachsdifferential 28 wirkt dann als offenes Differential. Sobald die Steuereinheit 42 aus den Raddrehzahlen der Hinterräder 30, 32 eine Drehzahldifferenz erfasst, gibt sie ein Steuersignal an die entsprechende Stelleinheit 40 aus, das eine Überführung der Sperrkupplung 38 in einen zumindest teilweise geschlossenen Kupplungszustand bewirkt. Das wenigstens teilweise Schließen der Sperrkupplung 38 legt ein Sperrmoment an das Differential 28 an, das der Ausgleichswirkung des Differentials 28 entgegenwirkt.
Die Steuereinheit 42 ist Teil eines Regelkreises, der Drehzahldifferenzen zwischen den Hinterrädern 30, 32 auf einen minimalen Wert gleich oder nahe Null einzuregeln versucht. Die Steuereinheit 42 enthält hierzu einen in Software oder/und Hardware implementierten 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 betreffende Stelleinheit 40 umgesetzt. Da allein schon durch unterschiedliche Abnutzung der Hinterräder 30, 32 oder andere Unsymmetrien eine geringe Drehzahldifferenz auftreten kann, ist zweckmäßigerweise eine von Null verschiedene Regelschwelle festgelegt, unterhalb der die Steuereinheit 42 nicht auf Drehzahldifferenzen der Hinterräder 30, 32 reagiert.
Die Steuereinheit 42 spricht jedoch nicht nur auf Drehzahldifferenzen zwischen den Hinterrädern 30, 32 an, sondern auch auf Lastwechsel, die durch vergleichsweise abrupte Gaswegnahme seitens des Fahrers hervorgerufen werden. Das Steuerprogramm 48 der Steuereinheit 42 enthält hierzu einen Algorithmus, der ein präventives, wenigstens teilweises Schließen der Sperrkupplung 38 bewirkt, wenn eine solche Gaswegnahme erkannt wird.
Zu diesem Zweck überwacht die Steuereinheit 42 das Motormomentensignal oder/und das Pedalstellungssignal oder/und ein für die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs repräsentatives Beschleunigungssignal, welches beispielsweise von einem hierfür vorgesehenen Beschleunigungssensor stammt oder aus den Signalen der Drehzahlsensoren 50 hergeleitet wird. Jedes dieser Signale kann als Indikator herangezogen werden, um mit hoher Zuverlässigkeit eine durch Gaswegnahme bewirkte Lastwechselsituation zu erkennen. Im folgenden wird beispielhaft davon ausgegangen, dass die Steuereinheit 42 das Pedalstellungssignal zum Zweck der Erkennung eines Lastwechsels überwacht.
Es wird nun auf 3 verwiesen. Dort ist ein beispielhafter Zeitverlauf des Pedalstellungssignals (bezeichnet mit s) im Fall eines vom Fahrer durch Gaswegnahme hervorgerufenen Lastwechsels dargestellt. Man erkennt, dass sich die Gaswegnahme in einem raschen und starken Abfall des Pedalstellungssignals s niederschlägt, wobei der Signalwert so, den das Pedalstellungssignal s nach diesem Abfall einnimmt, einer Ruhestellung, also einer nicht gedrückten Stellung, des Gaspedals 54 entspricht. Vor dem Abfall hat das Pedalstellungssignal s dagegen einen Signalwert s₁, entsprechend einer teilweise oder vollständig gedrückten Stellung des Gaspedals 54.
Nimmt der Fahrer den Fuß abrupt vom Gaspedal 54, so wirkt sich dies nicht nur in einem signifikanten Abfall des Pedalstellungssignals s aus, sondern auch in einem entsprechenden Abfall des vom Antriebsmotor 12 bereitgestellten Motormoments. Dementsprechend weist im Fall einer plötzlichen Gaswegnahme auch das Motormomentensignal einen entsprechend abrupten Abfall auf.
Es sind verschiedene Prüfkriterien vorstellbar, nach denen die Steuereinheit 42 das Pedalstellungssignal s auf Anzeichen für einen Lastwechsel untersuchen kann. Da starke Lastwechselreaktionen des Fahrzeugs üblicherweise nur dann zu befürchten sind, wenn der Fahrer seinen Fuß sehr rasch vollständig vom Gaspedal 54 wegnimmt, ist es zweckmäßig, wenn die Steuereinheit 42 das Pedalstellungssignal s daraufhin prüft, ob es auf den Wert so (oder einen vorbestimmten Wert nahe so) zurückgegangen ist. Weil ein derartiger Rückgang des Pedalstellungssignals s auch dann auftritt, wenn der Fahrer seinen Fuß langsam vom Gaspedal 54 wegnimmt, dann aber nicht unbedingt eine Lastwechselreaktion des Fahrzeugs zu befürchten ist, ist es weiterhin zweckmäßig, auch den Faktor Zeit in Betracht zu ziehen. Beispielsweise kann die Steuereinheit 42 eine erste zeitliche Ableitung des Pedalstellungssignals s ermitteln und nur dann auf einen Lastwechsel erkennen, wenn die berechnete zeitliche Ableitung einen vorbestimmten, im Speicher 46 der Steuereinheit 42 niedergelegten Schwellenwert betragsmäßig übersteigt. Es versteht sich, dass hierbei für die Steuereinheit 42 nur solche Werte der ersten zeitlichen Ableitung bedeutsam sind, die einen Abfall des Pedalstellungssignals s indizieren (also beispielsweise ein negatives Vorzeichen tragen).
Als alternatives oder zusätzliches Prüfkriterium kann die Steuereinheit 42 das Pedalstellungssignal s daraufhin überprüfen, ob es innerhalb eines Zeitfensters vorbestimmter Länge von einem ersten, höheren Schwellenwert auf einen zweiten, niedrigeren Schwellenwert abgesunken ist. Der zweite Schwellenwert ist zweckmäßigerweise ein Wert gleich oder nahe so, während der erste Schwellenwert ein beliebi ger, jedoch vorbestimmter Wert sein kann, der einer wenigstens teilweise gedrückten Stellung des Gaspedals entspricht. Um diesem Prüfkriterium zu genügen, muss dann das Pedalstellungssignal innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne von einem geeignet festgelegten Signalwert, beispielsweise einem Signalwert s₂ in 3, auf den Signalwert so abgefallen sein.
Sobald die Steuereinheit 42 feststellt, dass das Pedalstellungssignal s der einen oder den mehreren anzuwendenden Prüfbedingungen genügt, bewirkt sie die Einstellung eines vorbestimmten Lastwechsel-Kupplungszustands an der Sperrkupplung 38. Letztere wird hierzu nicht vollständig geschlossen. Vielmehr wird sie nur teilweise geschlossen. Das im Lastwechsel-Kupplungszustand aufgebrachte Sperrmoment der Sperrkupplung 38 ist vorzugsweise nicht größer als 80%. Die Prozentangabe bezieht sich hierbei auf das insgesamt vom Hinterachs-Differential 28 auf die Hinterräder 30, 32 zu verteilende Antriebsmoment, also den vom Verteilergetriebe 16 der Hinterachse 20 zugeteilten Teil des vom Antriebsmotor 12 gelieferten Motormoments.
Es versteht sich, dass bei Anwendung des hier beispielhaft erläuterten Steuerkonzepts auf die Sperrkupplung 34 des Zentraldifferentials, auf die Vorderachs-Sperrkupplung 36 oder auf die Verteilerkupplung 64a der 2 andere Prozentwerte für das im Lastwechsel-Kupplungszustand übertragene Kupplungsmoment gewählt werden können. Es hat sich jedoch als günstig erwiesen, stets nur einen teilweise geschlossenen Zustand der betreffenden Verteiler- oder Sperrkupplung einzustellen.
Den einzustellenden Lastwechsel-Kupplungszustand der Sperrkupplung 38 wählt die Steuereinheit 42 bei dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel zumindest in Abhängigkeit vom Lenkwinkel α. Das Kennliniendiagramm der 4 zeigt eine beispielhafte Abhängigkeit des Lastwechsel-Kupplungszustands vom Lenkwinkel α. In einem Lenkwinkelbereich, der von 0 (entsprechend einer Geradeausstellung der Vorderräder 24, 26) bis zu einem Grenz-Lenkwinkel α_G reicht, wird die Sperrkupplung 38 um so stärker geschlossen, je größer der Lenkwinkel α zum Zeitpunkt des Erkennens des Lastwechsels ist. Die Abhängigkeit des Lastwechsel-Kupplungszustands vom Lenkwinkel α in diesem Bereich kann proportional sein, wie in 4 dargestellt. Es sind natürlich auch andere, nicht-lineare Abhängigkeiten denkbar. Im Anschluss an den Grenz-Lenkwinkel α_G wählt die Steuereinheit 42 unabhängig vom jeweiligen Wert des Lenkwinkels α im wesentlichen stets den gleichen Kupplungszustand. Dies ist in 4 durch einen horizontalen Kennlinienast verdeutlicht.
Die Lenkwinkel-Kennlinie des Lastwechsel-Kupplungszustands ist in Form einer Tabelle oder einer mathematischen Gleichung in dem Speicher 46 der Steuereinheit 42 abgelegt. Erkennt die Steuereinheit 42 eine Lastwechselsituation im Sinne der vorliegenden Erfindung, so ermittelt sie für den momentanen Wert des Lenkwinkels α aus der Lenkwinkel-Kennlinie einen Faktor, der in dem Diagramm der 4 mit f₁ bezeichnet ist. Der Faktor f₁ repräsentiert beispielsweise eine prozentuale Angabe für den Schließgrad, in den die Sperrkupplung 38 einzustellen ist.
Zusätzlich zur Lenkwinkelabhängigkeit des einzustellenden Lastwechsel-Kupplungszustands ist bei dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel eine Geschwindigkeitsabhängigkeit implementiert. Eine beispielhafte Kennlinie für eine solche Geschwindigkeitsabhängigkeit des Lastwechsel-Kupplungszustands der Sperrkupplung 38 ist in 5 dargestellt. Ähnlich wie die Lenkwinkel-Kennlinie besitzt auch die Geschwindigkeits-Kennlinie einen von 0 (Stillstand des Fahrzeugs) bis zu einer Grenz-Geschwindigkeit v_G proportional ansteigenden Kennlinienast, an den sich ein horizontaler Kennlinienast anschließt. Unterhalb der Grenz-Geschwindigkeit v_G wählt die Steuereinheit 42 demnach einen um so stärker geschlossenen Lastwechsel-Kupplungszustand, je größer der Wert der mit v bezeichneten Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Oberhalb der Grenz-Geschwindigkeit v_G wählt die Steuereinheit 42 unabhängig davon, wie groß der Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit v ist, dagegen stets im wesentlichen den gleichen Lastwechsel-Kupplungszustand.
Genau so wie die Lenkwinkel-Kennlinie ist auch die Geschwindigkeits-Kennlinie tabellarisch oder in Form einer mathematischen Gleichung im Speicher 46 der Steuereinheit 42 abgelegt. Aus der Geschwindigkeits-Kennlinie entnimmt die Steuereinheit 42 für den aktuellen Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit v einen Faktor, der in 5 mit f₂ bezeichnet ist. Auch dieser Faktor repräsentiert beispielsweise eine prozentuale Angabe für den einzustellenden Schließgrad der Sperrkupplung 38.
Um zu ermitteln, welcher Lastwechsel-Kupplungszustand an der Sperrkupplung 38 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 f₁ und f₂. Nach Maßgabe des so durch Multiplikation errechneten Gesamtfaktors wird daraufhin die Sperrkupplung 38 gesteuert.
Nachdem die Steuereinheit 42 die Einstellung des Lastwechsel-Kupplungszustands an der Sperrkupplung 38 bewirkt hat, wird im weiteren Verlauf die Sperrkupplung 38 wieder geöffnet. Mit dem Öffnen der Sperrkupplung 38 kann unmittelbar, d. h. ohne wesentlichen Zeitverzug nach Einstellung des Lastwechsel-Kupplungszustands begonnen werden. Es kann auch eine vorbestimmte Zeitspanne definiert sein, die die Steuereinheit 42 abwarten muss, bevor sie mit dem Öffnen der Sperrkupplung 38 beginnt. Alternative auslösende Bedingungen für das Öffnen der Sperrkupplung 38 sind denkbar. Diese können sich auf einen oder mehrere Betriebsparameter des Fahrzeugs beziehen, beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit, den Lenkwinkel, die Seitenbeschleunigung des Fahrzeugs oder eine die Stärke des Gierens des Fahrzeugs angebende Giergröße.
Unabhängig davon, welche auslösende Bedingung für den Beginn des Momentenabbaus zu erfüllen ist, folgt auch die Phase des Abbaus des Sperrmoments selbst in Abhängigkeit von mindestens einem Parameter. Beispielsweise kann der Abbau des Sperrmoments zeitabhängig geschehen.
Zur Veranschaulichung eines beispielhaften Zeitverlaufs des seitens der Sperrkupplung 38 bewirkten Sperrmoments wird nochmals auf 3 verwiesen. T bezeichnet dort das Tastverhältnis eines pulsweitenmodulierten Ansteuersignals für die Stelleinheit 40 der Sperrkupplung 38. Bei Verwendung der Pulsweitenmodulation als Ansteuermethode für die betreffende Stelleinheit 40 bzw. deren Elektromotor ist das Tastverhältnis T ein Maß für den Grad des Schließens der Sperrkupplung 38. Je geringer das Tastverhältnis, desto weniger stark ist die Sperrkupplung 38 geschlossen.
Man erkennt in 3, dass das Tastverhältnis T in Antwort auf den abrupten Abfall des Pedalstellungssignals s und den als Folge erkannten Lastwechsel auf einen Wert T₁ angehoben wird, durch den die Sperrkupplung 38 in einen teilweise geschlossenen Lastwechsel-Kupplungszustand eingestellt wird. Wie bereits erwähnt, wird das Tastverhältnis hierbei abhängig von aktuellen Werten des Lenkwinkels α und der Fahrzeuggeschwindigkeit v gewählt. Mit durchgezogener Linie ist in 3 der Fall veranschaulicht, dass das Tastverhältnis T im wesentlichen unmittelbar nach Einstellung des Lastwechsel-Kupplungszustands zeitabhängig herabgesetzt wird, nämlich im dargestellten Beispielfall linear mit der Zeit. Es ist auch denkbar, eine Totzeit vorzusehen, während der das Tastverhältnis und damit der Kupplungszustand der Sperrkupplung 38 im wesentlichen konstant gehalten werden, bevor mit dem Öffnen der Sperrkupplung 38 begonnen wird. Ein Beispiel einer totzeitbehafteten Kennlinie des Tastverhältnisses T ist in 3 gestrichelt eingezeichnet. Es versteht sich, dass der Öffnungsvorgang der Sperrkupplung 38 auch gemäß einer nicht-linearen Zeitabhängigkeit erfolgen kann.
Alternativ oder zusätzlich zur Zeit kann das Öffnen der Sperrkupplung 38 auch in Abhängigkeit von mindestens einem anderen Parameter bewirkt werden. So ist es beispielsweise denkbar, den Öffnungsvorgang der Sperrkupplung 38 abhängig vom Motormoment des Antriebsmotors 12 oder/und von der Gaspedalstellung oder/und von der Fahrzeuggeschwindigkeit zu bewirken.
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 Lastwechsels einzustellende Lastwechsel-Kupplungszustand abhängig vom Lenkwinkel α gewählt wird. Ändert sich im Anschluss an die Einstellung des Lastwechsel-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 Lastwechsel-Kupplungszustands verwendet hat.
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. 38), deren Kupplungszustand das Verteilungsverhältnis eines Drehmoments zwischen einer ersten (30) und einer zweiten (32) Radanordnung des Fahrzeugs beeinflusst, wobei die Kupplung (38) zwischen einem ersten Endzustand, in dem sie im wesentlichen kein Kupplungsmoment überträgt, einem zweiten Endzustand, in dem sie einen maximalen Anteil des Drehmoments überträgt, und einer Vielzahl von Zwischenzuständen zwischen den beiden Endzuständen verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Betriebsparameter (s) des Fahrzeugs auf eine vorbestimmte Bedingung überwacht wird, welche für einen vom Fahrer des Fahrzeugs durch Gaswegnahme bewirkten Lastwechsel repräsentativ ist, und dass die Kupplung (38) zumindest abhängig davon in einen von dem ersten Endzustand verschiedenen Kupplungszustand eingestellt wird, dass ein durch Gaswegnahme bewirkter Lastwechsel erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung eines durch Gaswegnahme bewirkten Lastwechsels 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 oder/und ein eine Verzögerung des Fahrzeugs angebendes Verzögerungssignal überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Pedalstellungssignal (s) ermittelt wird, ob das Gaspedal aus einer gedrückten Pedalstellung (s₁) in eine Ruhestellung (s₀) oder eine vorbestimmte ruhestellennahe Stellung zurückgegangen ist, und dass ein durch Gaswegnahme bewirkter Lastwechsel zumindest abhängig davon festgestellt wird, dass das Gaspedal (54) in die Ruhestellung bzw. die ruhestellennahe Stellung zurückgegangen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bei Erkennung eines durch Gaswegnahme bewirkten Lastwechsels einzustellende Kupplungszustand der Kupplung (38) zumindest teilweise abhängig von einem Lenkwinkel (α) des Fahrzeugs gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem vorbestimmten Lenkwinkelbereich bei Erkennung eines durch Gaswegnahme bewirkten Lastwechsels die Kupplung (38) in einen weniger stark geschlossenen Kupplungszustand eingestellt wird, wenn die Abweichung des Lenkwinkels (α) von einem einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs entsprechenden Null-Lenkwinkel kleiner ist, sie jedoch in einen stärker geschlossenen Kupplungszustand eingestellt wird, wenn die Abweichung des Lenkwinkels (α) von dem Null-Lenkwinkel größer ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Lenkwinkelbereich in Richtung zu größeren Abweichungen vom Null-Lenkwinkel bis zu einem Grenz-Lenkwinkel (α_G) reicht, oberhalb dessen bei Erkennung eines durch Gaswegnahme bewirkten Lastwechsels die Kupplung (38) für verschiedene Werte des Lenkwinkels im wesentlichen in den gleichen Kupplungszustand eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenz-Lenkwinkel (α_G) einer Drehung eines Lenkrads (62) des Fahrzeugs gegenüber einer der Geradeausfahrt des Fahrzeugs entsprechenden Null-Drehstellung des Lenkrads zwischen 30 und 150 Grad entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bei Erkennung eines durch Gaswegnahme bewirkten Lastwechsels einzustellende Kupplungszustand der Kupplung (38) zumindest teilweise abhängig von der Geschwindigkeit (v) des Fahrzeugs gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem vorbestimmten Geschwindigkeitsbereich bei Erkennung eines durch Gaswegnahme bewirkten Lastwechsels die Kupplung (38) in einen weniger stark geschlossenen Kupplungszustand eingestellt wird, wenn die Geschwindigkeit (v) niedriger ist, sie jedoch in einen stärker geschlossenen Kupplungszustand eingestellt wird, wenn die Geschwindigkeit höher ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Geschwindigkeitsbereich in Richtung zu größeren Geschwindigkeiten bis zu einer Grenz-Geschwindigkeit (v_G) reicht, oberhalb der bei Erkennung eines durch Gaswegnahme bewirkten Lastwechsels die Kupplung (38) für verschiedene Werte der Geschwindigkeit im wesentlichen in den gleichen Kupplungszustand eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenz-Geschwindigkeit (v_G) zwischen 60 und 150 km/h beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bei Erkennung eines durch Gaswegnahme bewirkten Lastwechsels einzustellende Kupplungszustand ein Zwischenzustand der Kupplung (38) ist, in dem diese nur teilweise geschlossen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bei Erkennung eines durch Gaswegnahme bewirkten Lastwechsels einzustellende Kupplungszustand in Abhängigkeit von mindestens zwei Betriebsparametern (α, v) des Fahrzeugs gewählt wird, wobei für den aktuellen Wert jedes dieser Betriebsparameter ein Anteilsfaktor (f₁, f₂) ermittelt wird, aus den Anteilsfaktoren durch Multiplikation ein Gesamtfaktor ermittelt wird und der einzustellende Kupplungszustand nach Maßgabe des ermittelten Gesamtfaktors gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Radanordnungen (30, 32) an einer gemeinsamen Achse (20) angeordnet sind und die Kupplung (38) als steuerbare Sperrkupplung eines Querdifferentials (28) dieser Achse dient.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, 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 Drehmoment auf die Achsen verteilenden Verteilergetriebes (16) des Fahrzeugs dient.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Radanordnungen (24a, 26a, 30a, 32a) an verschiedenen Achsen (18a, 20a) des Fahrzeugs angeordnet sind und die Kupplung als steuerbare Verteilerkupplung (64a) zur Verteilung des Drehmoments auf die beiden Radanordnungen dient.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (38) 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 17 zu bewirken.
Anordnung zur Steuerung einer Kraftfahrzeug-Drehmomentübertragungskupplung (z.B. 38), deren Kupplungszustand das Verteilungsverhältnis eines Drehmoments zwischen einer ersten (30) und einer zweiten (32) Radanordnung des Fahrzeugs beeinflusst, wobei die Kupplung zwischen einem ersten Endzustand, in dem sie im wesentlichen kein Kupplungsmoment überträgt, einem zweiten Endzustand, in dem sie einen maximalen Anteil des Drehmoments überträgt, und einer Vielzahl von Zwischenzuständen zwischen den beiden Endzuständen verstellbar ist, gekennzeichnet durch eine die Kupplung steuernde elektronische Steuereinheit (42), welche dazu eingerichtet ist, mindestens einen Betriebsparameter (s) des Fahrzeugs auf eine vorbestimmte Bedingung zu überwachen, welche für einen vom Fahrer des Fahrzeugs durch Gaswegnahme bewirkten Lastwechsel repräsentativ ist, und die Kupplung (38) zumindest abhängig davon in einen von dem ersten Endzustand verschiedenen Kupplungszustand einzustellen, dass ein durch Gaswegnahme bewirkter Lastwechsel erkannt wird, insbesondere in Verbindung mit einem oder mehreren Merkmalen mindestens eines der Ansprüche 2 bis 17.