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Die
Erfindung betrifft eine Antriebsschlupfregelung für ein Kraftfahrzeug
zur separaten Regelung der Antriebskräfte von vier Rädern hauptsächlich durch
eine Steuerung der Bremsen.
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Wenn
bei einem Fahrzeug ein Schlupf eines Antriebsrads auftritt, während auf
das Rad eine Antriebskraft aufgebracht wird, so wird im allgemeinen eine
Seitenführungskraft
eines Reifens gemäß einer Zunahme
der Schlupfrate verringert, und das Fahrzeug tendiert dazu, zur
Seite zu gleiten. Ein Allradantriebssystem ist eines, bei dem die
Antriebskraft auf vier Räder
verteilt wird, und zwar im Gegensatz zu einem Zweiradantriebssystem,
bei dem die Antriebskraft entweder auf die Vorder- oder auf die
Hinterräder
konzentriert ist. Da also die auf die Vorderräder aufgebrachte Antriebskraft
im Vergleich mit einem Frontantriebsfahrzeug klein ist und da weiterhin
die auf die Hinterräder
aufgebrachte Antriebskraft im Vergleich mit einem Heckantriebsfahrzeug
klein ist, hat das Allradantriebsfahrzeug in bezug auf die Bodenhaftungskraft
der Vorder- und Hinterräder
einen Spielraum. Das heißt,
das Allradantriebsfahrzeug hat den Vorteil, daß im Vergleich mit einem Frontantriebsfahrzeug
oder einem Heckantriebsfahrzeug nicht so leicht ein Schlupf auftritt.
Außerdem
hat das Allradantriebsfahrzeug ausreichend Spielraum hinsichtlich
der Seitenführungskraft
der Reifen. Da insbesondere die Hinterradreifen die Richtungsstabilität des Fahrzeugs
sicherstellen, verleiht die größere Bodenhaftungskraft
der Hinterräder
dem Fahrzeug eine gute Spurstabilität bei Geradeausfahrt.
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Ein
Fahrzeug mit permanentem Allradantrieb, das ein Zentraldifferential
aufweist, kann im Allradantriebszustand mit Hilfe des Zentraldifferentials Kurven
gleichmäßig durchfahren.
Ein Vorteil des Zentraldifferentials ist die Fähigkeit der diskreten Verteilung
der Antriebskraft zwischen den Vorder- und den Hinterrädern. Wenn die Antriebskraftverteilung richtig
ist, hebt eine Untersteuerungstendenz, die von der Antriebskraft
der Vorderräder
beim Kurvenfahren erzeugt wird, eine Übersteuerungstendenz auf, die von
der Antriebskraft der Hinterräder
erzeugt wird, und infolgedessen kann ein neutrales Lenkverhalten erreicht
werden. Es ist außerdem
möglich,
eine bevorzugte Lenkcharakteristik zu wählen, indem das Verteilungsverhältnis der
Antriebskraft zwischen den Vorder- und Hinterrädern geändert wird. Aber selbst ein
Fahrzeug mit permanentem Allradantrieb, das mit einem Zentraldifferential
versehen ist, hat dann ein Problem, wenn ein Rad vom Boden abhebt
oder ein Rad sich in rutschigem Matsch oder Schlamm befindet. Unter
diesen Bedingungen verursacht das Rad selbst Schlupf, und die Rangierfähigkeit
und Fähigkeit
des Fahrzeugs zum Herausarbeiten sind stark beeinträchtigt.
Um das zu vermeiden, wird in das Allradantriebsfahrzeug mit Zentraldifferential
im allgemeinen ein Direktkupplungsmechanismus der Vorder- und Hinterräder, der
manuell betätigt
wird, oder aber es wird ein Differentialbegrenzungsmechanismus,
wie etwa eine Viskosekupplung, eine hydraulisch betätigbare
Lamellenkupplung und dergleichen eingebaut.
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In
einem Fall dagegen, in dem das Vorder- und Hinterrad auf einer Seite
Schlupf auf einer Straße
mit niedrigem Reibwert haben und das Vorder- und Hinterrad der anderen
Seite auf einer Straße
laufen, deren Oberfläche
einen normalen Reibwert hat, ist dieser Direktkupplungsmechanismus
unwirksam. Ferner können
in einem Extremfall alle vier Räder gleichzeitig
Schlupf haben, und dadurch werden die Stabilität und die Fahreigenschaften
des Fahrzeugs stark verschlechtert.
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Um
daher die Rangierfähigkeit
und Laufstabilität
des Fahrzeug unter allen Betriebsbedingungen sicherzustellen und
das Fahrverhalten in einem Grenzzustand zu verbessern, ist es wirkungsvoll,
in das Allradantriebsfahrzeug eine Antriebsschlupfregelung einzubauen.
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Beispielsweise
zeigt die nichtgeprüfte JP-Patentanmeldung
Toku-Kai-Sho 64-60429 eine Technik, bei der beim Auftreten von Schlupf
auf jedes Rad eine Bremskraft aufgebracht wird, und eine Drosselklappensteuereinrichtung
verringert die Motorausgangsleistung, wenn ein Durchdrehen der Räder auftritt.
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Da
jedoch bei diesem bekannten Verfahren die Erfassung von Schlupf
und Durchdrehen erfolgt, ohne daß zwischen Vorder- und Hinterrädern unterschieden
wird, genügt
dieses Verfahren noch nicht, um die Stabilität des Fahrzeugs zu verbessern.
Da außerdem
bei diesem bekannten Verfahren die Art und Weise der Erfassung von
Schlupf auf der Erfassung der Winkel beschleunigung des Rads beruht, ohne
daß ein
Längsbeschleunigungsaufnehmer
verwendet wird, ist die Genauigkeit der Schlupferfassung auf einer
glatten Straße
unzureichend.
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Aus
der
DE 40 02 821 C2 ist
eine Schlupfregelungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit Allradantrieb
vorbekannt, wobei dort das Fahrverhalten dadurch verbessert werden
soll, daß quasi
ein Herantasten an den maximalen Schlupfzustand erfolgt.
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Zur
eigentlichen Regelung wird die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs
relativ zur Fahrbahn geschätzt
und auf der Grundlage der geschätzten Fahrzeuggeschwindigkeit
und der Umfangsgeschwindigkeit jedes der Räder ein Ist-Schlupfwert für jedes Rad berechnet. Darüber hinaus
sind Soll-Schlupfverhältnisse
vorgegeben, wobei dasjenige Rad, dessen Ist-Schlupfverhältnis größer als
das Soll-Schlupfverhältnis
ist, angebremst wird. Auch ist eine Motorsteuerung vorgesehen, um
das aufgrund des Bremsbetriebs verminderte Drehmoment zu kompensieren.
Die Ermittlung der Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit nach
DE 40 02 821 C2 erfolgt
ausschließlich
unter Berücksichtigung
der Raddrehzahlen, wobei beim Ablauf des Schlupfregelverfahrens zunächst eine
Bremssteuerung aktiviert wird, um anschließend die Motorleistung zu erhöhen.
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Bei
dem Traktions-Steuersystem für
Fahrzeuge mit Allradantrieb gemäß
DE 40 31 890 A1 soll das über die
Räder auf
die Straße übertragene
Antriebsmoment zur Begrenzung eines Radschlupfes reduziert werden.
Bei diesem Stand der Technik ist neben vorderen Raddrehzahlsensoren
und Betätigungsorganen
zum Aktivieren einer Drosselklappe der Brennkraftmaschine auch ein
Längsbeschleunigungssensor
vorgesehen.
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Eine
Traktionssteuerung spricht auf ein Schlupfverhältnis der Vorderräder oberhalb
eines Schwellenwerts an und liefert ein Signal zur Schließung der
Drosselklappe, wodurch die Antriebsleistung der Maschine reduziert
ist. Konkret werden gemäß
DE 40 31 890 A1 nur
die vorderen Drehzahlsignale und die Längsbeschleunigung in die Steuereinheit
zur Traktionssteuerung eingegeben. Aus den Vorderrad-Drehzahlen
wird ein Durchschnittswert errechnet und die Beschleunigung selbst
integriert, um eine sogenannte Fahrzeugbodengeschwindigkeit zu erhalten.
Das Schlupfverhältnis
der Vorderräder
wird aus der Durchschnittsdrehzahl und der Geschwindigkeit, die
unmittelbar aus dem Längsbeschleunigungssignal
ermittelt wird, berechnet. Grundsätzlich wird bei der vorbekannten
Lehre davon ausgegangen, bei erkanntem Schlupf das Maschinendrehmoment
bzw. die Drehmomentverteilung zwischen vorderen und hinteren Rädern ausgehend
von einer ursprünglichen
Priorität
der Hinterräder
zu verändern. Die
alternativ vorgeschlagenen Schlupfsensoren an den Vorder- und Hinterrädern dienen
der Bestimmung der Differenz zwischen den Raddrehzahlen der Achsen,
um hierauf das Verteilungsverhältnis
des Maschinendrehmoments zwischen vorn und hinten zu ändern.
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Aus
dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Antriebsschlupfregelung
für ein allradangetriebenes
Kraftfahrzeug anzugeben, die unter allen Fahrbedingungen ein stabiles
und beherrschbares Verhalten zeigt, wobei zur Ermittlung von Steuerungswerten
für eine
Antischlupf- und Traction Control-Regelung auf eine exakte Bestimmung einer
Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit zurückgegriffen wird.
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Die
Lösung
der Aufgabe der Erfindung erfolgt gemäß Merkmalskombination nach
Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen
darstellen.
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Die
Antriebsschlupfregelung gemäß der Erfindung
weist demnach auch folgende Baugruppen auf:
einen Fahrzeuggeschwindigkeitsrechner,
der in der Steuereinheit vorgesehen ist, um eine Referenz-Fahrzeuggeschwindig keit
des Fahrzeugs auf der Basis einer niedrigsten Raddrehzahl der Räder und
der Längsbeschleunigung
zu berechnen;
einen Schlupfwertrechner, der in der Steuereinheit vorgesehen
ist, um einen Schlupfwert jedes Rads auf der Basis der Referenz-Fahrzeuggeschwindigkeit und
der Raddrehzahl jedes Rads zu berechnen;
eine Soll-Schlupfwertbestimmungseinheit,
die in der Steuereinheit vorgesehen ist, um einen Soll-Schlupfwert
der Vorderräder
und einen Soll-Schlupfwert der Hinterräder nach Maßgabe der Referenz-Fahrzeuggeschwindigkeit
zu bestimmen;
eine Antriebsschlupfregelung-Bestimmungseinheit, die
in der Steuereinheit vorgesehen ist, um die Aktivierung einer Antriebsschlupfregelung
zu bestimmen, wenn entweder der Schlupfwert der Vorderräder seinen
Soll-Schlupfwert überschreitet
oder der Schlupfwert der Hinterräder
seinen Soll-Schlupfwert überschreitet,
und um ein Antriebsschlupfregelsignal abzugeben;
einen Bremsdruckrechner,
der in der Steuereinheit vorgesehen ist, um aufgrund des Antriebsschlupfregelsignals
einen Bremsdruck entsprechend einer Differenz zwischen dem Schlupfwert
und dem Soll-Schlupfwert zu berechnen und ein Bremsdrucksignal an
die Bremsdrucksteuereinrichtung abzugeben, so daß eine Bremswirkung auf die
Räder aufgebracht
wird; und
einen Motorleistungsrechner, der in der Steuereinheit vorgesehen
ist und aufgrund des Antriebsschlupfregelsignals ein Soll-Motordrehmoment
entsprechend einer Differenz zwischen dem Schlupfwert und dem Soll-Schlupfwert
berechnet und an die Motorleistungssteuereinrichtung ein Soll-Motordrehmomentsignal
abgibt.
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Die
Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale
und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen
in:
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1 ein
Grundblockdiagramm, das eine Steuereinheit einer ersten Ausführungsform
zeigt;
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2 ein
Grundblockdiagramm, das eine Steuereinheit einer zweiten Ausführungsform
zeigt;
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3 eine
schematische Ansicht, die eine Regelung gemäß der ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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4 eine
schematische Ansicht, die eine Regelung gemäß der zweiten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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5 ein
detailliertes Blockbild, das den Aufbau von Einrichtungen gemäß der Erfindung
zeigt;
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6 ein
Diagramm, das Charakteristiken eines Rades zeigt;
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7a ein
Diagramm, das einen Soll-Schlupfwert von Vorder- und Hinterrädern gegenüber Fahrzeuggeschwindigkeiten
zeigt, wenn keine Schneeketten aufgezogen sind;
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7b ein
Diagramm, das einen Soll-Schlupfwert von Vorder- und Hinterrädern gegenüber Fahrzeuggeschwindigkeiten
zeigt, wenn auf die Vorderräder
eines Fahrzeugs Ketten aufgezogen sind;
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7c ein
Diagramm, das einen Soll-Schlupfwert von Vorder- und Hinterrädern gegenüber Fahrzeuggeschwindigkeiten
zeigt, wenn auf die Hinterräder
eines Fahrzeugs Ketten aufgezogen sind;
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8 ein
Flußdiagramm
einer Antriebsschlupfregelung gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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9 ein
Diagramm, das die Wirkungsweise von Steuerdaten gemäß der Erfindung
gegenüber der
Zeit zeigt;
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10 ein
Flußdiagramm,
um gemäß der Erfindung
zu beurteilen, ob Vorder- oder Hinterräder Schneeketten tragen;
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11 ein
Flußdiagramm
zur Korrektur eines Soll-Schlupfwerts an Vorder- und Hinterrädern, wenn
Schneeketten aufgezogen sind; und
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12 ein
Flußdiagramm,
um gemäß der Erfindung
zu beurteilen, ob Vorder- und Hinterräder Schneeketten tragen.
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3 zeigt
schematisch eine Antriebsschlupfregelung für ein Allradantriebsfahrzeug
gemäß einer
ersten Ausführungsform,
und 4 zeigt schematisch die Regelung gemäß einer
zweiten Ausführungsform. 1 bezeichnet
einen Antriebsmotor, dessen Drehmoment bzw. Antriebskraft über eine Kupplung 2 und
ein Getriebe 3 auf ein Zentraldifferential 5 übertragen
wird. Das Zentraldifferential 5 hat kombinierte Planetengetriebe
und verteilt auf die Vorder- und Hinterräder eine gleiche oder eine
ungleiche Antriebskraft.
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Bei
der ersten Ausführungsform
ist eine Ausgleichsradwelle 5P des Zentraldifferentials
mit einem linken Vorderrad 11a und einem rechten Vorderrad 11b über ein
Reduziergetriebe 7, eine Frontantriebswelle 8,
ein Vorderachsdifferential 9 und eine Vorderachswelle 10 verbunden,
und eine Abtriebswelle 5S des Zentraldifferentials 5 ist
mit einem linken Hinterrad 11c und einem rechten Hinterrad 11d über eine Gelenkwelle 12,
ein Hinterachsdifferential 13 und eine Hinterachswelle 14 verbunden.
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Bei
der zweiten Ausführungsform
ist ein Differentialbegrenzungsmechanismus 6 (in diesem
Fall eine hydraulisch betätigte
Lamellenkupplung) zwischen die Ausgleichsradwelle 5P des
Zentraldifferentials 5 und die Abtriebswelle oder die Sonnenradwelle 5S des
Zentraldifferentials 5 geschaltet, um eine freie Antriebskraftübertragung
zwischen Vorder- und Hinterrädern
zu ermöglichen.
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Der
Motor 1 hat eine Motorleistungs-Steuereinrichtung 26,
um die Motorleistung zwangsläufig mit
Hilfe einer Drosselklappenregelung, einer verringerten Kraftstoffzufuhr,
einer Verminderung des Ladedrucks und dergleichen herabzusetzen.
Der Differentialbegrenzungsmechanismus 6 ist mit einer
Differentialbegrenzungsdrehmoment-Steuervorrichtung 27 verbunden,
um das Differentialbegrenzungsdrehmoment des Zentraldifferentials 5 zu
steuern oder den Differentialbetrieb des Zentraldifferentials 5 zu sperren.
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Ein
Bremskreis 20 umfaßt
ein Bremspedal 21, einen Hauptzylinder 22 und
eine Bremsdrucksteuereinrichtung 25, um den auf jedes der
vier Räder
aufgebrachten Bremsdruck zu steuern. Die Bremsdrucksteuereinrichtung 25 umfaßt eine
Druckquelle, ein Druckreduzierventil und ein Druckerhöhungsventil.
Bremsleitungen 23a, 23b, 23c und 23d sind
mit Radzylindern 24a, 24b, 24c und 24d für die vier
Räder 11a, 11b, 11c und 11d verbunden.
Der Bremsdruck, der durch die Pedalbetätigung eines Fahrers erzeugt
wird, wird durch das Druckreduzierventil oder das Druckerhöhungsventil
automatisch geregelt und den Radzylindern 24a, 24b, 24c, 24d zum
Bremsen zugeführt.
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Raddrehzahlfühler 30a, 30b, 30c und 30d sind
in den jeweiligen Rädern 11a, 11b, 11c und 11d vorgesehen,
um die Raddrehzahl ω jedes
Rads zu erfassen. Außerdem
ist in dem Fahrzeug ein Längsbeschleunigungsaufnehmer 32 vorgesehen,
um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu dem Zeitpunkt zu berechnen, zu
dem die vier Räder
gleichzeitig Schlupf haben. Im Fall einer noch zu beschreibenden
vierten Ausführungsform
ist ferner ein Lenkwinkelsensor 31 vorgesehen für die Beurteilung,
ob Räder
Ketten tragen. Signale dieser Sensoren werden in eine Steuereinheit 40 eingegeben
und dort elektronisch verarbeitet. Die Steuereinheit 40 gibt
ein Motorsteuersignal an die Motorleistungs-Steuereinrichtung 26 ab,
und ein Bremsensteuersignal wird an die Bremsdrucksteuereinrichtung 25 abgegeben.
Bei der zweiten Ausführungsform
wird ferner ein Differentialbegrenzungsdrehmoment-Signal an die
Differentialbegrenzungsdrehmoment-Steuereinrichtung 27 abgegeben.
Bei diesen Ausführungsformen
dient die Steuereinheit 40 zur Steuerung einer ABS-Regelung.
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Als
nächstes
wird die Funktionsweise der Steuereinheit 40 beschrieben.
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Im
allgemeinen weist die von einem Reifen erzeugte Traktionskraft aufgrund
von Reibungskräften
eine gewisse Begrenzung auf, und wenn daher, wie in 6 gezeigt
ist, die Schlupfrate zunimmt und die Antriebskraft erhöht wird,
wird die Seitenführungskraft
(eine beim Einschlagen aufgebrachte Kraft) verringert. Das Verhalten
des Fahrzeugs, wie z.B. Durchdrehen und Schieben nach außen, ist durch
die Größe der Seitenführungskraft
für die
Vorder- und Hinterräder
bestimmt. Das heißt,
in einem Fall, in dem die Schlupfrate der Hinterräder groß und ihre
Seitenführungskraft
klein ist, verursacht das Fahrzeug ein Durchdrehen, wobei das Heck
des Fahrzeugs nach außen
schwingt. Um dieser Erscheinung entgegenzuwirken, muß der Fahrer
das Lenkrad in Gegenrichtung zu der Einschlagrichtung drehen, und
dieses Fahrzeugverhalten ist vom Standpunkt der Stabilität und der
Lenkfähigkeit
nachteilig.
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Wenn
andererseits die Schlupfrate der Vorderräder groß und ihre Seitenführungskraft
gering ist, verursacht das Fahrzeug ein Schieben nach außen, wobei
das Vorderende des Fahrzeugs nach außen schwingt. Um dem entgegenzuwirken,
läßt der Fahrer
das Lenkrad in der Einschlagrichtung nur durch die Hände gleiten.
Da hierbei die Bodenhaftungskraft der Hinterräder größeren Spielraum als die der
Vorderräder
hat, kann man sagen, daß das
Fahrzeug eine gute Geradeaus-Stabilität hat. Die Antriebsschlupfregelung
kann daher realisiert werden, indem eine Bremssteuerung für die vier
Räder derart
vorgesehen wird, daß die
Schlupfrate der Hinterräder
immer kleiner als die der Vorderräder ist.
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Gemäß 5 umfaßt die Steuereinheit 40 einen
Fahrzeuggeschwindigkeitsrechner 41 zum Berechnen einer
Referenz-Fahrzeuggeschwindigkeit Vr des Allradantriebsfahrzeugs
auf der Basis einer Raddrehzahl ω für jedes
der vier Räder
und einer Längsbeschleunigung.
Beispielsweise wird zuerst ein Rad gewählt, das die höchste Bodenhaftung
hat, also ein Rad mit der niedrigsten Raddrehzahl, die der Fahrzeuggeschwindigkeit
am nächsten
ist. Als nächstes wird
die Änderung
der Raddrehzahl ω der
gewählten Rads
mit der Längsbeschleunigung
x des Fahrzeugs verglichen, und einer dieser Werte wird in dieser
Reihenfolge zu der vorhergehenden Referenz-Fahrzeuggeschwindigkeit
addiert. Dann wird der Additionswert mit der momentanen niedrigsten
Raddrehzahl verglichen, und einer dieser Werte wird zu einer momentanen
Referenz-Fahrzeuggeschwindigkeit Vr.
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Die
Raddrehzahlen ω von
vier Rädern
und die Referenz-Fahrzeuggeschwindigkeit Vr werden in einen Schlupfwertrechner 42 eingegeben,
in dem ein Ist-Schlupfwert δ für vier Räder berechnet
wird, indem die Referenz-Fahrzeuggeschwindigkeit Vr von der Raddrehzahl ω subtrahiert
wird. Wie das Diagramm der Reifencharakteristiken von 6 zeigt, wird
durch ein gewisses Maß der
Schlupfrate eine Antriebskraft erzeugt. Außerdem wird die Seitenführungskraft
nach Maßgabe
einer Erhöhung
der Schlupfrate verringert. Bei den vorliegenden Ausführungsformen
wird der Schlupfwert δ anstelle
der Schlupfrate genutzt, um die Rechnung zu vereinfachen, weil der
Schlupfwert δ durch
Subtraktion der Referenz-Fahrzeuggeschwindigkeit Vr von der Raddrehzahl ω erhalten
wird.
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Die
Referenz-Fahrzeuggeschwindigkeit Vr wird in eine Soll-Schlupfwertbestimmungseinheit 43 eingegeben,
in der Soll-Schlupfwerte δf, δr für die Vorder-
bzw. Hinterräder
be stimmt werden. Die niedrigsten Schlupfwerte, die für die Antriebsschlupfregelung
erforderlich sind, sind vorbestimmt, wie in 7a gezeigt
ist, beispielsweise mehr als 4,0 km/h. Der Soll-Schlupfwert wird
nach Maßgabe
der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt, wie 7a zeigt.
Bei niedriger Geschwindigkeit ist also der Soll-Schlupfwert hoch
vorgegeben unter Berücksichtigung
der größeren Differenz
der Raddrehzahl zwischen den vier Rädern beim Fahren von engen
Kurven und der Präzision
des Raddrehzahlfühlers.
Der Soll-Schlupfwert
ist niedrig vorgegeben, aber bei mittlerer Geschwindigkeit und darüber wird
er groß entsprechend einer
Zunahme der Referenz-Fahrzeuggeschwindigkeit Vr, so daß die Schlupfrate
konstant gemacht wird.
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Um
ferner die Stabilität
des Fahrzeugs zu verbessern, wenn während der Antriebsschlupfregelung
ein Durchdrehen auftritt, ist der Soll-Schlupfwert δr der Hinterräder kleiner
als der Soll-Schlupfwert δf der
Vorderräder
vorgegeben, wie 7a zeigt. Die Soll-Schlupfwerte δf, δr der Vorder-
und Hinterräder werden
durch Bezugnahme auf eine Tabelle entsprechend 7a bestimmt.
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Diese
Schlupfwerte δ der
vier Räder
und die Soll-Schlupfwerte δf, δr der Vorder-
und Hinterräder werden
in eine Antriebsschlupfregelung-Bestimmungseinheit 44 eingegeben,
in der bestimmt wird, daß die
Antriebsschlupfregelung zu betätigen
ist, wenn irgendeiner der Schlupfwerte δ der vier Räder die Soll-Schlupfwerte δf, δr überschreitet.
Wenn ferner irgendeiner der Schlupfwerte δ die Soll-Schlupfwerte unterschreitet
und der Bremsdruck für
sämtliche
Räder Null
wird, wird bestimmt, daß die
Antriebsschlupfregelung zu beenden ist, woraufhin die Motorleistung
in den Normalzustand zurückgebracht
wird.
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Das
Antriebsschlupfregelung-Bestimmungssignal, die Soll-Schlupfwerte δf, δr und der Ist-Schlupfwert δ werden dem
Bremsdruckrechner 45 und einem Motorleistungsrechner 46 zu geführt. Wenn
die Antriebsschlupfregelung wirksam ist, berechnet der Bremsdruckrechner 45 eine
Abweichung zwischen dem Soll-Schlupfwert δf der Vorderräder und
den Schlupfwerten δ des
linken und rechten Vorderrads und berechnet dann eine Abweichung
zwischen dem Soll-Schlupfwert δr
der Hinterräder
und den Schlupfwerten δ des
linken und rechten Hinterrads. Entsprechend diesen Abweichung der
vier Räder
wird für
jedes Rad individuell ein Soll-Bremsdruck Pb berechnet. Wenn ferner
der Schlupfwert δ klein wird,
wird bestimmt, daß der
Bremsdruck abnehmen soll, und ein Bremsdruckabnahmesignal wird an
die Bremsdrucksteuereinrichtung 25 abgegeben. Bei der zweiten
Ausführungsform
gibt der Bremsdruckrechner 45 ein Signal zum Verringern
des Differentialbegrenzungsdrehmoments auf nahezu Null ab.
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Wenn
die Antriebsschlupfregelung aktiviert ist, wird in dem Motorleistungsrechner 46 in
bezug auf das Rad mit der höchsten
Raddrehzahl der Soll-Schlupfwert δf
oder δr
mit der Schlupfrate δ verglichen,
und die Differenz wird gebildet. Dann wird ein Soll-Motordrehmoment
Te berechnet, indem das Motordrehmoment um den Betrag der Differenz
verringert wird. Wenn der Schlupfwert δ klein wird, wird das Motorleistungs-Erhöhungssignal
an die Motorleistungs-Steuereinrichtung 26 abgegeben.
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Als
nächstes
wird die Funktionsweise der Ausführungsformen
erläutert.
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Im
Normalbetrieb des Fahrzeugs bestimmt der Fahrer die Motorleistung
durch Betätigung
des Gaspedals, und die Motorleistung wird von dem Zentraldifferential 5 halbiert.
Die eine Hälfte
der Motorleistung wird auf das linke und das rechte Vorderrad 11a und 11b übertragen,
und die andere Hälfte
wird auf das linke und das rechte Hinterrad 11c, 11d übertragen.
Daher werden die vier Räder
von dem Vierrad-Antriebsstrang angetrieben.
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Wenn
dagegen das Fahrzeug durch Betätigung
des Lenkrads eine Kurve fährt,
ist der Wendelokus der vier Räder
voneinander verschieden, und infolgedessen tritt zwischen diesen
vier Rädern
eine Drehzahldifferenz auf. Aber jede Drehzahldifferenz zwischen
dem linken und dem rechten Vorderrad und zwischen dem linken und
dem rechten Hinterrad wird von dem Vorderachsdifferential 9 bzw.
dem Hinterachsdifferential 13 absorbiert. Außerdem wird
die Drehzahldifferenz zwischen der Vorderradantriebswelle 8 und
der Hinterradantriebswelle 5S von dem Zentraldifferential 5 absorbiert.
Im allgemeinen ist der Eingriff des Zentraldifferentials 5 frei
oder nur gering.
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In
der Bremsanlage 20 ist der Hauptzylinder 22 mit
den jeweiligen Radzylindern 24a, 24b, 24c und 24d verbunden.
Wenn der Fahrer das Bremspedal 21 betätigt, wird auf die Radzylinder 24a, 24b, 24c und 24d über den
Hauptzylinder 22 Bremsdruck aufgebracht, und die Räder 11a, 11b, 11c und 11d werden
gebremst.
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Als
nächstes
wird die Antriebsschlupfregelung des Allradantriebs unter Bezugnahme
auf ein Flußdiagramm
von 8 beschrieben.
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Bei
S1 wird zuerst die Raddrehzahl ω für jedes
der vier Räder
erfaßt,
und bei S2 wird die Querbeschleunigung des Fahrzeugs erfaßt. Dann
wird bei S3 die Referenz-Fahrzeuggeschwindigkeit Vr auf der Basis
der niedrigsten Raddrehzahl und der Querbeschleunigung des Fahrzeugs
berechnet. Danach geht das Programm zu S4, wo der Schlupfwert δ für jedes
Rad berechnet wird, indem die Referenz-Fahrzeuggeschwindigkeit Vr
von jeder Raddrehzahl ω subtrahiert
wird. Im nächsten
Schritt S5 werden die Soll-Schlupfwerte δf, δr der Vorder- bzw. Hinterräder nach Maßgabe der Fahrbedingungen unter
Bezugnahme auf eine Tabelle, wie sie in 7a gezeigt
ist, bestimmt. Das Programm geht zu Schritt S6, wo abgefragt wird,
ob die Antriebsschlupfregelung erforderlich ist, indem der Schlupfwert δf, δr mit dem Schlupfwert δ für jedes
Rad verglichen wird.
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Wenn
das Fahrzeug auf einer Straße
fährt, deren
Fahrbahn hohe Reibwerte hat, und wenn das Antriebsdrehmoment nicht
höher als
notwendig ist, erzeugen die vier Räder die notwendige Antriebskraft mit
ausreichender Bodenhaftung innerhalb eines Bereichs eines kleinen
Schlupfwerts δ.
In diesem Fall ist der Schlupfwert δ ausreichend kleiner als der Soll-Schlupfwert δf, δr, und es
wird bestimmt, daß die Antriebsschlupfregelung
nicht benötigt
wird.
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Wenn
dagegen die Motorleistung aufgrund der Betätigung des Gaspedals durch
den Fahrer zu groß wird
oder der Reibwert der Fahrbahn beispielsweise wegen einer verschneiten
Straße
verringert ist, hat das Fahrzeug eine Tendenz zum Schlupf, weil
die Antriebskraft in die Nähe
einer Grenze der Reibwerte der Fahrbahn kommt. Wenn, wie 9 zeigt,
ein Schlupfwert δ der
vier Räder
den Soll-Schlupfwert δf, δr zu einem
Zeitpunkt t1 überschreitet,
wird beurteilt, daß die
Antriebsschlupfregelung notwendig ist. In diesem Fall geht das Programm
von S6 zu S7, wo das verringerte Soll-Motordrehmoment Te bestimmt und
ein Signal dieses Soll-Motordrehmoments Te an die Motorleistungssteuereinrichtung 26 abgegeben wird,
um die Motorleistung zwangsweise zu verringern.
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Bei
S8 wird ferner der Soll-Bremsdruck Pb so bestimmt, daß er für die Hinterräder höher und
für die Vorderräder niedriger
ist, und dieses Bremsdrucksignal wird an die Bremsdrucksteuereinrichtung 25 abgegeben.
In der Bremsdrucksteuereinrichtung 25 werden das Druckerhöhungs- und
das Druckreduzierventil so geregelt, daß auf die Hinterräder eine starke
Bremskraft und auf die Vorderräder
eine schwache Bremskraft aufgebracht wird, so daß die Antriebskraft der Räder mit
Schlupf begrenzt wird.
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Wenn
bei der zweiten Ausführungsform
das Differentialbegrenzungsdrehmoment des Zentraldifferentials 5 groß ist, wird
die Vorderachse 10 oder die Hinterachse 14 so
begrenzt, daß sie
unabhängig dreht.
Bei S9 wird das Differentialbegrenzungsdrehmoment auf Null oder
nahe Null festgelegt. Da die Auswirkung des Differentialbegrenzungsdrehmoments
beseitigt ist und jede Drehzahldifferenz erlaubt ist, werden dann
die Antriebskraft und die Rotation der vier Räder 11a, 11b, 11c und 11d durch
die Bremssteuerung mit hoher Präzision
gesteuert.
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Die
Antriebsschlupfregelung wird also so durchgeführt, daß der Schlupfwert δ verringert
wird, indem die Motorleistung zwangsweise verringert und die Antriebskraft
von Rädern
mit Schlupf mit Hilfe der Bremssteuerung eingeschränkt wird.
Der Schlupfwert δ wird
so geregelt, daß er
dem Soll-Schlupfwert δf, δr einer Tabelle
entsprechend 7a folgt. Gemäß der Tabelle
ist beispielsweise die Schlupfrate bei mittlerer und höherer Geschwindigkeit
konstant. Wie 9 zeigt, wird auf die Hinterräder eine
starke Bremskraft und auf die Vorderräder eine schwache Bremskraft
aufgebracht, so daß die
Hinteräder
einen geringeren Schlupfwert als die Vorderräder haben. Das heißt, daß an den
Hinterrädern 11c und 11d ein größerer Spielraum
für die
Bodenhaftung erzeugt wird als an den Vorderrädern 11a und 11b.
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Wenn
zwei Räder
auf der einen Fahrzeugseite Schlupf haben, wird die Antriebsschlupfregelung
so betätigt,
daß die
Schlupfwerte dieser Räder verringert
werden und das Fahrzeug aus einem Durchdrehen herauskommen kann.
Bei Geradeausfahrt kann das Fahrzeug infolge der großen Bodenhaftkraft
der Hinterräder 11c und 11d eine
Geradeaus-Stabilität
beibehalten. Wenn das Fahrzeug eine Kurve durchfährt, verhindert die große Seitenführungskraft
der Hinterräder 11c und 11d ein
Durchdrehen des Fahrzeugs. Dann haben die Vorderräder 11a und 11b einen
großen
Schlupfwert, und infolgedessen schwingt das Vorderteil des Fahrzeugs
nach außen
aufgrund der vermin derten Seitenführungskraft der Vorderräder. Um
dies zu korrigieren, kann der Fahrer das Fahrzeug sicher durch eine
Kurve fahren, indem er das Lenkrad in der Einschlagrichtung durch die
Hände gleiten
läßt. Dadurch
kann eine ausgezeichnete Stabilität des Fahrzeugs erreicht werden.
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Wenn
der Fahrer das Gaspedal zum Zeitpunkt t2 losläßt, wie 9 zeigt,
wird der Schlupfwert sofort klein. Der Bremsdruck wird zu Null,
und die Motorleistung nimmt einen Normalzustand an. In diesem Moment
wird beurteilt, daß die
Antriebsschlupfregelung nicht notwendig ist, und der Fahrzeugbetrieb
wird in einen normalen Allradantriebszustand zurückgebracht.
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Als
nächstes
wird ein Steuervorgang zur Beurteilung der Anwesenheit von Schneeketten
gemäß einer
dritten Ausführungsform
beschrieben. Gemäß 5 hat
die Steuereinheit 40 eine Schneekettendetektiereinheit 47,
die beurteilt, ob ein Reifen eine Schneekette trägt und welcher Reifen die Schneekette
trägt,
und zwar aus dem Zustand der Vorder- und Hinterräder bei Geradeausfahrt auf
der Basis einer Raddrehzahl ω und
eines Lenkwinkels θ des
Lenkwinkelsensors 31. Ein Signal der Schneekettendetektiereinheit
wird der Soll-Schlupfwertbestimmungseinheit 43 zugeführt, in
der die Soll-Schlupfwerte δf, δr nach Maßgabe der Änderung
von Reifencharakteristiken beim Tragen einer Schneekette korrigiert werden.
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Dabei
hat der eine Schneekette tragende Reifen eine große Bodenhaftkraft,
und der Reifen ohne Schneekette hat eine erheblich geringere Bodenhaftkraft.
Um das zu korrigieren, muß entweder der
Schlupfwert des Reifens mit Schneekette erhöht werden, oder der Schlupfwert
des Reifens ohne Schneekette muß verringert
werden, oder beide Maßnahmen
müssen
ergriffen werden, um die Seitenführungskraft
des Reifens mit Schneekette mit derjenigen des kettenlosen Reifens
auszugleichen. Beispielsweise werden die Soll-Schlupfwerte δf, δr nach Maß gabe der
geänderten
Tabelle von 7b bestimmt. Da diese Ausführungsform
im übrigen
die gleiche wie die erste oder zweite Ausführungsform ist, erscheinen
weitere Erläuterungen
entbehrlich.
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Als
nächstes
wird unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm von 10 die
Schneekettenbeurteilungssteuerung beschrieben.
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Zuerst
wird bei S11 abgefragt, ob das Fahrzeug geradeausfährt, indem
der Lenkwinkel θ mit
einem Vorgabewert verglichen wird, und wenn der Lenkwinkel θ größer als
der Vorgabewert ist, geht das Programm zu S12, in dem der Zeitgeber
rückgesetzt
wird. Wenn der Lenkwinkel θkleiner
als der Vorgabewert ist, geht die Routine zu S13, wo abgefragt wird,
ob das Fahrzeug mit normaler Bodenhaftung fährt, indem die Änderung
der Raddrehzahl von vier Rädern
mit einem Vorgabewert verglichen wird. Wenn irgendeines der Räder eine Änderung
der Raddrehzahl um mehr als einen Vorgabewert erzeugt, geht die
Routine zu S12, wo der Zeitgeber rückgesetzt wird. Wenn die Änderung
der Raddrehzahl für alle
vier Räder
unter dem Vorgabewert liegt, bedeutet das Fahren mit normaler Bodenhaftung,
und die Routine geht zu S14, wo der Zeitgeber hochgezählt wird.
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Dann
geht die Routine zu S15, wo die abgelaufene Zeit überprüft wird.
Wenn eine vorgegebene Zeit abgelaufen ist, geht die Routine zu S16,
wo abgefragt wird, ob die Hinterräder Schneeketten tragen. Wenn
die Hinterräder
Schneeketten tragen, ist die Raddrehzahl der Vorderräder immer
um einen vorgegebenen Wert oder mehr höher als die der Hinterräder, weil
der Durchmesser der Hinterräder
durch die Schneeketten größer wird,
und die Routine zweigt zu S17 ab, wo beurteilt wird, daß die Hinterräder Schneeketten
tragen.
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Wenn
die Raddrehzahl beider Räder
annähernd
gleich ist oder wenn die Raddrehzahl der Hinterräder um einen vorbestimmten
Wert oder mehr höher
als die der Vorderräder
ist, geht die Routine zu S18, wo aufgrund der Differenz der Raddrehzahl
abgefragt wird, ob die Vorderräder
Schneeketten tragen. Wenn die Raddrehzahl der Hinterräder um einen
vorbestimmten Wert oder mehr höher
als die der Vorderräder
ist, zweigt die Routine zu S19 ab, wo beurteilt wird, daß die Vorderräder Schneeketten
tragen. Wenn beide Raddrehzahlen nahezu gleich sind, geht die Routine
zu S20, wo beurteilt wird, daß kein Rad
Schneeketten trägt,
und bei S21 wird der Zeitgeber rückgesetzt.
Somit wird der Zustand des Tragens von Schneeketten beurteilt, wenn
das Fahrzeug für eine
bestimmte Zeit geradeausfährt.
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Als
nächstes
wird eine Abwandlung. der dritten Ausführungsform oder eine vierte
Ausführungsform
beschrieben. Diese Abwandlung bezieht sich auf ein Verfahren, bei
dem das Tragen von Schneeketten nur aus der Raddrehzahl beurteilt
wird. Gemäß dem Flußdiagramm
von 12 wird bei S41 zuerst abgefragt, ob das Fahrzeug
mit normaler Bodenhaftung fährt,
indem eine Änderung
der Raddrehzahl der vier Räder
mit einem Vorgabewert verglichen wird. Wenn die Raddrehzahl an irgendeinem
Rad um einen Vorgabewert oder mehr geändert ist, zweigt die Routine
zu S42 ab, wo der Zeitgeber rückgesetzt wird.
Wenn die Raddrehzahl nicht um mehr als einen Vorgabewert geändert ist,
wird beurteilt, daß ein
Zustand normaler Bodenhaftung vorliegt, und die Routine geht zu
S43, wo die Raddrehzahldifferenz zwischen dem linken und rechten
Vorderrad mit einem Vorgabewert verglichen wird. Wenn die Differenz
innerhalb des Vorgabewerts liegt, geht die Routine zu S44, wo die
Raddrehzahldifferenz zwischen dem linken und rechten Hinterrad mit
einem Vorgabewert verglichen wird, und wenn die Raddrehzahldifferenz innerhalb
des Vorgabewerts liegt, wird der Zeitgeber bei S45 hochgezählt. Wenn
also die beiden Raddrehzahldifferenzen zwischen den linken und rechten
Vorder- und Hinterrädern
innerhalb eines Vorgabewerts liegen, wird beurteilt, daß das Fahrzeug
geradeausfährt.
Andernfalls wird der Zeitgeber bei S42 rückgesetzt.
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Die
darauf folgende Routine wird auf die gleiche Weise wie Schritt S15
des Flußdiagramms
von 10 abgearbeitet. Dabei wird bei S46 beurteilt, daß der Zustand
der Geradeausfahrt länger
als eine vorgegebene Zeit besteht, und wenn bei S47 beurteilt wird,
daß die
Raddrehzahl der Vorderräder
um mehr als einen vorgegebenen Wert höher als die der Hinterräder ist,
wird bei S48 beurteilt, daß die
Hinterräder
Schneeketten tragen. Wenn ferner bei S49 beurteilt wird, daß die Raddrehzahl
der Hinterräder
höher als
die der Vorderräder
ist, wird bei S50 beurteilt, daß die
Vorderräder
Schneeketten tragen. Wenn andererseits beide Raddrehzahlen nahezu
gleich sind, geht die Routine zu S51, wo beurteilt wird, daß keine Schneeketten
getragen werden, und bei S52 wird der Zeitgeber rückgesetzt.
Somit wird der Zustand des Tragens von Schneeketten ordnungsgemäß nur aufgrund
der Raddrehzahl beurteilt.
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Bei
den vorstehenden dritten und vierten Ausführungsformen wird der Zustand
des Tragens von Schneeketten geprüft. Wenn beurteilt wird, daß die Vorder-
oder die Hinterräder
Schneeketten tragen, wird der Soll-Schlupfwert korrigiert, was unter Bezugnahme
auf das Flußdiagramm
von 11 beschrieben wird.
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Zuerst
wird bei S31 die Beurteilung des Tragens von Schneeketten durchgeführt, und
im nächsten
Schritt S32 wird abgefragt, ob die Vorderräder Schneeketten tragen. Bei
JA verzweigt die Routine zu S33 und S34, wo an dem Soll-Schlupfwert δf der Vorderräder eine
große
Korrektur und an dem Soll-Schlupfwert δr der Hinterräder eine
kleine Korrektur vorgenommen wird, wie 7b zeigt.
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Wenn
dabei das Fahrzeug auf einer schneebedeckten Straße oder
dergleichen mit Allradantrieb fährt,
wobei nur die Vorderräder 11a und 11b Schneeketten
tragen, verursachen die Hinterräder 11c und 11d,
deren Bodenhaftung gering ist, einen Schlupf. Wenn Schlupf auftritt,
wird die Antriebs schlupfregelung wirksam und bringt auf vier Räder Bremskraft
auf. Da die Vorderräder 11a und 11b Schneeketten
tragen und eine große
Bodenhaftkraft haben, wird auf sie eine schwächere Bremskraft als bei der
ersten Ausführungsform
aufgebracht, um den Schlupfwert zu erhöhen. Dagegen werden die Hinterräder 11c und 11d so
gesteuert, daß eine
starke Bremskraft auf sie aufgebracht und eine große Seitenführungskraft
infolge des kleinen Schlupfwerts erzeugt wird, so daß eine Schlupftendenz
des Fahrzeugs wegen einer extrem kurzen Bodenhaftkraft der Hinteräder in bezug
auf die Vorderräder
verhindert wird. Wenn also die Vorderräder Schneeketten tragen, werden
die Hinterräder
so geregelt, daß sie
einen kleineren Schlupfwert als die Vorderräder haben, und die Fahrstabilität des Fahrzeugs
wird auf die gleiche Weise wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform
verbessert.
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Wenn
die Hinterräder
Schneeketten tragen, erfolgt eine große Korrektur des Soll-Schlupfwerts δr und eine
kleine Korrektur des Soll-Schlupfwerts δf der Vorderräder, wie 7c zeigt.
Wenn das Fahrzeug mittels Allradantrieb auf einer schneebedeckten Straße fährt und
die Hinterräder
Schneeketten tragen, verursachen die Vorderräder 11a und 11b,
deren Bodenhaftung gering ist, einen Schlupf, und infolgedessen
wird die Antriebsschlupfregelung betätigt, um auf die vier Räder eine
Bremswirkung aufzubringen. In diesem Fall wird auf die Hinterräder wegen der
Schneeketten eine schwache Bremskraft aufgebracht, und auf die Vorderräder wird
eine starke Bremskraft aufgebracht, um den Schlupfwert zu verringern,
so daß ein
Schieben des Fahrzeugs nach außen
infolge der kurzen Bodenhaftkraft der Vorderräder in bezug auf die Hinterräder verhindert
wird. Wenn also die Hinterräder
Schneeketten tragen, werden die Vorderräder so geregelt, daß sie einen
kleineren Schlupfwert als die Hinterräder haben, und die Fahrstabilität des Fahrzeugs
wird auf die gleiche Weise wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform
verbessert.
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Bei
den vorstehenden Ausführungsformen erfolgt
die Antriebsschlupfregelung nach Maßgabe des berechneten Schlupfwerts
und des berechneten Soll-Schlupfwerts, aber anstelle des Schlupfwerts und
des Soll-Schlupfwerts können
auch eine berechnete Schlupfrate und eine berechnete Soll-Schlupfrate
genutzt werden.