DE19641101A1 - Verfahren zum Steuern der Differentialsperre eines Getriebes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Differentialsperre eines Getriebes in einem Kraftfahrzeug, insbesondere der Längssperre eines Zwi­ schenachsdifferentiales eines allradgetriebenen Kraftfahrzeuges, gemaß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiges Verfahren beschreibt z. B. die US 4,538,700 A1. Dabei wird u. a. die Längsperre automatisch dann geschlossen, wenn das Kraftfahrzeug im Schubbetrieb stark verzögert. Dadurch sollen instabile Fahrzustände vermieden werden. Darüberhinaus ist es auch bekannt, die Längssperre beispielsweise bei auftretendem Radschlupf an den vorderen oder hinteren Rädern des Kraftfahrzeuges zu schließen oder bei Bremszuständen zu öff­ nen, insbesondere wenn das Kraftfahrzeug mit einem Antiblockiersystem ausgerüstet ist. Alle diese Maßnahmen dienen dazu, die Fahrstabilität und Bremsstabilität des Kraftfahrzeuges zu verbessern.

Ausgehend von dem gattungsgemäßen Verfahren ist es Aufgabe der vorlie­ genden Erfindung, mit einfachen Mitteln den Fahrkomfort des Kraftfahrzeu­ ges zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Längssperre automatisch bei ei­ nem Lastwechsel des Kraftfahrzeuges (Übergang von Zug auf Schub oder umgekehrt) zu schließen. Mit dem Schließen der Längssperre bzw. der elektromagnetisch oder hydraulisch betätigten Reibungskupplung wird eine gezielte Verspannung des Antriebsstranges erzeugt, die zu einer Spielfrei­ heit der Antriebselemente wie der Zahnräder des Differentiales, in Schiebe­ führungen der Antriebswellen, etc. führt. Ggf. ansonsten auftretende Last­ wechselgeräusche werden dadurch gedämpft oder vollständig eliminiert.

Der Sperrgrad der Längssperre kann abhängig von Fahrzuständen verän­ derlich gesteuert werden, gleiches gilt für die Schließzeit der Längssperre. So kann bei einem hohen Lastwechselmoment z. B. in einer niedrigen Über­ setzungsstufe des Kraftfahrzeuges ein hoher Sperrgrad erforderlich sein, während in einer höheren Übersetzungsstufe und bei einer ggf. höheren Ge­ schwindigkeit ein niedrigerer Sperrgrad bzw. ein weicheres Anlegen der Längssperre fahrkomforterhöhend wirken kann.

Bevorzugt kann die Längssperre in definierten Geschwindigkeitsbereichen offen gehalten werden. Insbesondere gilt dies für relativ hohe Geschwindig­ keiten des Kraftfahrzeuges, insbesondere weil in diesem Geschwindigkeits­ bereich Lastwechsel keine hörbaren Geräusche mehr verursachen, und in einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich, der z. B. beim Parkieren des Kraftfahrzeuges auftritt; fahrkomfortmindernde Verspannungen (Quietschgeräusche der Reifen, etc.) können somit ausgeschlossen werden. Zur Vermeidung von ungewollten Verspannungen des Antriebszuges beim Durchfahren von Kurven kann ferner der Lenkeinschlagswinkel der gelenk­ ten Räder des Kraftfahrzeuges miteinbezogen werden, so daß beispiels­ weise bei einem Lenkeinschlagswinkel des kurveninneren Rades von < 20° die Längssperre unabhängig von Lastwechseln geöffnet bleibt.

Die Längssperre kann ferner abhängig vom Übersetzungsverhältnis des Ge­ schwindigkeits-Wechselgetriebes des Kraftfahrzeuges gesteuert sein. Ins­ besondere bei Kraftfahrzeugen mit Stufengetrieben (automatische oder ma­ nuelle Gangschaltung) ist es vorteilhaft, wenn der Sperrgrad der Längs­ sperre beim Übersetzungswechsel bzw. beim Schalten zurückgenommen oder aufgehoben wird. Dadurch werden ggf. auftretende Schaltrucke auf­ grund des bei geschlossener Längssperre steiferen Antriebszuges vermie­ den.

Zu einer unbeeinträchtigen Fahrstabilität und Bremsstabilität des Kraftfahr­ zeuges wird ferner vorgeschlagen, Einrichtungen wie die Bremsbetätigung, z. B. ein Antiblockiersystem, und ggf. ein vorhandenes Fahrdynamikregelsy­ stem des Kraftfahrzeuges zu bevorrangen; d. h., daß bei aktivierten Fahr­ werks- oder Bremsregelungen die Längssperre bezüglich des Lastwechsels unberücksichtigt bleibt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzel­ heiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Antriebszuges eines allradgetriebenen Kraft­ fahrzeuges mit gesteuerter Längssperre; und

Fig. 2 in einer Prinzipskizze den Druckverlauf einer hydraulisch betätigten Reibungs- bzw. Lamellenkupplung der Längssperre bei einem Last­ wechsel eines Kraftfahrzeuges.

In der Fig. 1 ist mit 10 eine Brennkraftmaschine bezeichnet, an die ein au­ tomatisches Geschwindigkeits-Wechselgetriebe 12 angeflanscht ist. Das Getriebe 12 treibt über ein integriertes Achsdifferential (nicht dargestellt) und Antriebswellen 14, 16 die lenkbaren Vorderräder 18, 20 des Kraftfahr­ zeuges an.

Ferner ist in dem Getriebe 12 ein Zwischenachsdifferential mit einer hydrau­ lisch betätigbaren Längssperre 22 (Lamellenkupplung, die die Ausgleichs­ wirkung des Zwischenachsdifferentiales in geschlossenem Zustand sperrt) angeordnet. Das Zwischenachsdifferential wirkt über eine Kardanwelle 24 auf das Hinterachsdifferential 26, das über Antriebswellen 28, 30 die Hinter­ räder 32, 34 des Kraftfahrzeuges antreibt.

Das Getriebe 12 ist über eine Wählhebeleinrichtung 36 entweder manuell (Tipschaltung) oder automatisch in verschiedene Übesetzungsstufen um­ schaltbar. Ferner weist das Kraftfahrzeug eine herkömmliche Betriebs­ bremse auf, die unter anderem einen Bremslichtschalter 38 sowie ein Anti­ blockiersystem 40 beinhaltet.

Die Drucksteuerung P der Längssperre 22 erfolgt über ein elektrohydrauli­ sches Steuergerät 42, z. B. das Getriebesteuergerät des Kraftfahrzeuges, das mit dem nicht dargestellten Motorsteuergerät verbunden ist und die Pa­ rameter Motordrehzahl n_mot und Drosselklappenwinkel DKI zur Erkennung von Schub-Zug-Zuständen sowie ein z. B. aus der zugemessenen Kraft­ stoffmenge errechenbares Motorantriebsmomentsignal Md_mot verarbeitet. Ferner werden dem Steuergerät 42 Signale des Bremslichtschalters 38, Si­ gnale eines Steuergerätes 40 eines Fahrdynamikregelsystems, ein Ge­ schwindigkeitssignal eines Geschwindigkeitssensors 44 (z. B. eines elek­ tronischen Tachometers) sowie Signale der Wählhebeleinrichtung 36 zuge­ leitet. Schließlich werden über einen Sensor 46 an der nicht näher darge­ stellten Lenkung des Kraftfahrzeuges der Lenkeinschlagwinkel der Vorder­ räder 18, 20 erfaßt.

In dem Steuergerät 42 werden die Signale wie folgt verarbeitet:
Befindet sich das Kraftfahrzeug in der regulären Antriebsphase (Zugbetrieb), so ist die Längssperre 22 geöffnet, es sei denn, über das Steuergerät 40 des Fahrdynamikregelsystems des Kraftfahrzeuges steht ein Signal zum Schließen der Längssperre 22 an (z. B. wegen Antriebsschlupfes der Hinter­ räder 32,34). Durch dessen Vorrangschaltung werden die anderen Signale unterdrückt.

Geht das Kraftfahrzeug von Zug- in Schubbetrieb über, erkennbar aufgrund der Signale DKI (Signal, das die die Leistung der Brennkraftmaschine steu­ ernde Drosselklappe geschlossen ist) und n_mot (Drehzahl der Brennkraftma­ schine < Leerlaufdrehzahl), so wird die Längssperre 22 gesteuert über das Steuergerät 42 geschlossen, wodurch das Zwischenachsdifferential gesperrt ist. Aufgrund des nicht mehr erfolgenden Drehzahlausgleiches zwischen den vorderen und hinteren Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges tritt eine Ver­ spannung auf, die jegliches Zahnspiel der antreibenden Getriebeelemente eliminiert. Dementsprechend werden Lastwechselgeräusche gedämpft bzw. verhindert.

Ein Schließen der Längssperre 22 bei einem Übergang von Zug- in Schub­ betrieb oder umgekehrt tritt jedoch nicht auf, wenn die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges kleiner 15 km/h oder größer 100 km/h (abgeleitet über das Geschwindigkeitssignal V) ist. Ferner wird die Längssperre 22 - sofern mo­ mentan geschlossen - dann sofort geöffnet, wenn über den Bremslichtschal­ ter 38 ein Bremssignal am Steuergerät 42 anliegt.

Der Sperrgrad der Längssperre 22 (bestimmt durch den Anpreßdruck P in der hydraulischen Steuerung) wird abhängig von Signalen der Wählhebel­ einrichtung 36 und abhängig von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges derart veränderlich gesteuert, daß z. B. bei niedrigen Übersetzungen (erster oder zweiter Gang) eine hohe Sperrwirkung und bei hohen Übersetzungen (dritter und vierter Gang) eine niedrigere Sperrwirkung gesteuert wird. Fer­ ner wird bei niedrigeren Geschwindigkeiten eine höhere Sperrwirkung und bei höheren Geschwindigkeiten eine niedrigere Sperrwirkung gesteuert.

Nach dem Schließen der Längssperre 22 aufgrund des Lastwechsels von Zug- in Schubbetrieb bleibt die Längssperre 22 über ein definiertes Zeitin­ tervall, welches ebenfalls abhängig von der Geschwindigkeit des Kraftfahr­ zeuges veränderbar ist, geschlossen und wird dann allmählich wieder geöff­ net.

Wird im Schubbetrieb wieder auf Zugbetrieb erkannt (aufgrund der Signale DKI und n_mot) so wird die Längssperre 22 wieder geschlossen sofern diese aufgrund des verstrichenen Zeitintervalls bereits wieder geöffnet war. Nach diesem Schließen wird wiederum nach Durchlaufen des Zeitintervalles das Öffnen der Längssperre 22 gesteuert.

Die Prinzipskizze in Fig. 2 beschreibt den Wechsel von Zug- auf Schubbe­ trieb und umgekehrt in Verbindung mit einem kurz anliegendem Bremssignal und dem Druckverlauf P der die Längssperre betätigenden hydraulischen Steuerung.

Dabei zeigt die Linie 50 den Zug-Schubbetrieb, die Linie 52 den Ein-Aus-Zu­ stand des Bremslichtschalters 38, die Linie 54 die Geschwindigkeit V des Kraftfahrzeuges und die Linie 56 den Druckverlauf P der Längssperren­ steuerung.

Im Moment des Lastwechsel des Kraftfahrzeuges von Zug auf Schub (senkrechte Linie 58) wird der hydraulische Druck P zum Schließen der Längssperre 22 entsprechend dem ersten Kurvenast 56a in einem definier­ ten Zeitintervall eingesteuert. Im Moment des Betätigens der Bremse, wobei ein entsprechendes Signal über den Bremslichtschalter 38 abgegeben wird (senkrechte Linie 62) wird der hydraulische Druck P gegen 0 gesteuert (Kurvenast 56b) und damit relativ schnell die Längssperre 22 geöffnet. Nach beendigter Bremsbetätigung (senkrechte Linie 64) wird die Längssperre 22 wieder geschlossen, was sich durch einen entsprechenden Druckaufbau (Kurvenast 56c) anhand der Linie 56 zeigt.

Im Schubbetrieb wird der abnehmenden Geschwindigkeit V angepaßt der hydraulische Druck P allmählich zurückgefahren (Kurvenabschnitt 56d), wo­ durch die Längssperre 22 unterhalb einer definierten Geschwindigkeits­ schwelle wieder nahezu geöffnet bzw. in einem definiertem Sperrgrad gehal­ ten wird (Abschnitt 56e).

Geht das Kraftfahrzeug durch entsprechendes Betätigen des Gaspedals durch die Bedienungsperson wieder von Schub- auf Zugbetrieb über (senkrechte Linie 66) was durch die Signale DKI und n_mot erkennbar ist, so wird der eingeregelte Sperrgrad der Längssperre 22 noch ein definiertes Zeitintervall gehalten, ehe die Längssperre 22 durch Absenken des hydrauli­ schen Druckes P auf den Grunddruck wieder geöffnet wird.

Claims (12)

1. Verfahren zum Steuern/Regeln der Differentialsperre eines Getriebes in einem Kraftfahrzeug, insbesondere der Längssperre eines allradgetriebe­ nen Kraftfahrzeuges, wobei die Längssperre eine bevorzugt hydraulisch betätigbare Reibungskupplung aufweist, die bei definierten Betriebszu­ ständen des Kraftfahrzeuges geschlossen oder geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Längssperre (22) automatisch bei einem Last­ wechsel geschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrgrad der Längssperre (22) abhängig von Fahrzuständen veränderlich gesteuert oder geregelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längssperre von Zug auf Schub des Kraftfahrzeuges geschlossen und im Schubbetrieb mit abnehmenden Sperrgrad gehalten wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Längssperre (22) über ein definiertes, abhängig von Fahrzuständen ver­ änderliches Zeitintervall geschlossen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längssperre (22) in definierten Geschwindigkeitsbereichen nicht ge­ schlossen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Längs­ sperre (22) im hohen Geschwindigkeitsbereich (z. B. größer 100 km/h) geöffnet bleibt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Längssperre (22) im niedrigen Geschwindigkeitsbereich (z. B. kleiner 15 km/h) geöffnet bleibt.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längssperre (22) bei einem einen defi­ nierten Lenkeinschlagswinkel der gelenkten Räder des Kraftfahrzeuges überschreitenden Lenkwinkel (z. B. größer 20°) geöffnet bleibt.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Längssperre (22) bei Bremsvorgängen des Kraft­ fahrzeuges geöffnet wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längssperre (22) abhängig vom Über­ setzungsverhältnis des Geschwindigkeits-Wechselgetriebes (12) des Kraftfahrzeuges gesteuert oder geregelt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperr­ grad der Längssperre (22) bei Stufengetrieben bei Übersetzungswechsel (Schalten) zurückgenommen oder aufgehoben wird.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem vorhandenen Fahrdynamikregel­ system (40) des Kraftfahrzeuges die Ansteuerung der Längssperre (22) bei definierten Fahrzuständen des Kraftfahrzeuges unterdrückt wird.