DE3225459A1

DE3225459A1 - Anordnung zum regeln der kraftuebertragung eines vierradgetriebenen fahrzeugs

Info

Publication number: DE3225459A1
Application number: DE19823225459
Authority: DE
Inventors: Fujio Hachioji Tokyo Makita
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1981-07-07
Filing date: 1982-07-07
Publication date: 1983-01-27
Also published as: US4511014A; FR2509238A1; GB2104178B; GB2104178A; AU536130B2; JPH0127896B2; JPS588434A; AU8562682A; DE3225459C2; FR2509238B1; CA1197596A

Description

5/99 ^ Fuji Jukogyo K.K,

Anordnung zum Regeln der Kraftübertragung eines vierradgetriebenen Fahrzeugs

Priorität: 7. Juli 1981 Japan 56-106648

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für ein vierradgetriebenes Fahrzeug zum automatischen Schalten der Übertragungsanordnung des Fahrzeugs vom Zweiradantriebssystem zum Vierradantriebssystem oder umgekehrt entsprechend den Fahrbedingungen.

Bei einem bekannten vierradgetriebenen Fahrzeug wird eine Kraftübertragungsanordnung für den Zweiradantrieb wahlweise in ein Vierradantriebssystem umgeschaltet, indem eine Kupplung eingerückt wird, die manuell durch einen Wählhebel betätigt wird.

Ein solches vierradgetriebenes Fahrzeug wird vorzugsweise mit dem Zweiradantriebssystem auf gepflasterten trockenen Flächen gefahren. Wenn alle vier Räder auf einer solchen trockenen Fläche angetrieben werden, entsteht Reifenabrieb wegen der geringen Differenzen der wirksamen Raddurchmesser, die durch unvermeidbare Differenzen des Reifendrucks, der Profilabnutzung und Laständerungen verursacht werden. Dies führt zu einem Anstieg der Reifenabnutzung und des Brennstoffverbrauchs und zur Erzeugung von Schwingungen des Fahrzeugkörpers und zu Geräuschen. Wenn darüber hinaus das Fahrzeug Kurven nimmt, tritt eine Bremserscheinung, "Engeckenbremsen" (tight corner braking) genannt, an einer scharfen Ecke auf. Dies wird dadurch verursacht, daß die Vorderräder einen Bogen mit größerem Radius als die Hinterräder durchlaufen und deshalb dazu tendieren, sich schneller als die Hinterräder zu drehen.

-y- f.

Wenn andererseits das Fahrzeug auf schlüpfriger oder eisiger oder schneebedeckter Straße im Zweiradantrieb fährt, vergrößert sich das Rutschmaß jedes Rads wegen der Abnahme der Zugkraft jedes Antriebsreifens und des Anstiegs der Fahrtreibung auf verschneiter Straße. Deshalb tritt eine Vergrößerung des Brennstoffverbrauchs und eine Verringerung der Ant r i ebs f äh i gke i t und der Brems Lei s.t'ung auf.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zum Regeln der Kraftübertragung eines vierradgetriebenen Fahrzeugs zu schaffen, die mit einer Rutschfeststell anordnung für jedes Rad und einem SteuerwinkeIfüh I er versehen ist, um die Zustände der Straßenfläche und den Fahrzustand festzusteIlen, wodurch, wenn solche Zustände festgestellt werden, die Kraftübertragung in das Vierradantriebssystem umgeschaltet wird, um das Rutschen der Räder auf glatten Straßen und das Engeckenbremsen zu verhindern.

Gemäß der Erfindung sind Geschwindigkeitsfühler zum Erzeugen von Ausgangssignalen in Abhängigkeit der jeweiligen Geschwindigkeiten der vier Räder und ein Steuerwinkelfühler zum Erzeugen eines Ausgangssignals in Abhängigkeit des Steuerungswinkels vorgesehen. Ausgangssignale der Geschwindigkeitsfühler werden an eine erste Rechenschaltung zum Berechnen des tatsächlichen Rutschmaßes angelegt und das Ausgangssignal des Steuerwinke I fühIers wird an eine zweite Rechenschaltung zum Berechnen eines theoretischen Rutschmaßes angelegt. Eine Vergleichsschaltung vergleicht das tatsächliche Rutschmaß mit dem theoretischen Rutschmaß zum Erzeugen eines Ausgangssignals, wenn die Differenz zwischen beiden Rutschmaßen einen vorbestimmten Pegel übersteigt. Eine erste Schaltung erzeugt ein Ausgangssignal ansprechend auf das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung für eine vorbestimmte Zeit und eine zweite Schaltung erzeugt ein Ausgangssignal ansprechend auf das Ausgangssignal der ersten Schaltung zum Einrücken der

- y-S'

Kupplung, so daß die Vierradantriebs-Kraftübertragung hergestellt w i rd.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in der sind

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Anordnung der Erf indung,

Fig. 2 eine Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung,

Fig. 3 ein Querschnitt einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Regelschaltung für die Anordnung der Erfindung,

Fig. 5A und 5B ein Schaltbild eines Beispiels der Schalder Fig. 4 und

Fig. 6 Darstellungen von Wellenformen an verschiedenen Stellen der Schaltung der Fig. 5A und 5B.

In Fig. 1 bezeichnet 1 einen auf einem Fahrzeug angebrachten Verbrennungsmotor. Die Kurbelwelle des Motors ist mit einer Eingangswelle eines Getriebes 2 über eine mechanische Kupplung verbunden, die wiederum mit einer Vorderrad· enduntersetzungsvorrichtung 3 verbunden ist, die mit den Vorderachsen 5a und 5b verbunden ist. Die Kraft des Motors 1 wird somit auf die Vorderräder 4a und 4b des Fahrzeugs über das Getriebe 2, die Enduntersetzungsvorrichtung 3 und die Vorderachsen 5a und 5b zum Herstellen des Vorderradantriebssystems übertragen. Das Getriebe 2 ist mit einer übertragungsvorrichtung 6 für das Hinterradantriebssystem versehen. Die übertragungsvorrichtung 6 hat eine Übertragungskupplung 7, die arbeitet, um den Ausgang des Getriebes 2 mit der Kardanwelle 8 zu kuppeln. Die Kardanwelle 8 ist mit den Hinterrädern 10a und 10b über eine Hinterradenduntersetzungsvorrichtung 9 und die Hinterachsen 11a und 11b verbunden.

Geschwindigkeitsfühler 12a und 12b sind an den Vorderachsen 5a und 5b vorgesehen, um jeweils die Geschwindigkeiten der Vorderräder 4a und 4b zu messen. Geschwindigkeitsfühler 13a und 13b sind an den Hinterachsen 11a und 11b zum Messen der Geschwindigkeiten dei Hinterräder 10a und 10b vorgesehen. Ein Steuerwinke IfühI er 16 ist an einem Steuergetriebegehäuse 15 angebrachte das wirksam mit einem Steuerrad 14 zum Messen des Steuerwinkels verbunden ist. Ein Handschalter 17 ist im Fahrgastraum für das Einrücken der Übertragungskupplung 7 für die manuelle Umschaltung des Vierradantriebssystems vorgesehen.

Das Prinzip der Erfindung wird nachfolgend unt^r Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben.

Ein tatsächliches Rutschmaß ι) in bezug auf die Vorderräder und die Hinterräder wird wie folgt, berechnet:

^NF ^{= (N}FR ^{+ N}FL^)/2

^NR = ^(NRR ^{+ N}RL^)/2
η = 1 - (N, / N_D>,

worin N_CD die Geschwindigkeit des vorderen rechten Rads, γ R

N_C1 die Geschwindigkeit des vorderen linken Rads, H_DD und N_D, die Geschwindigkeiten des rechten und linken

K L

hinteren Rads und N_ und N_D Durchschnittsgeschwindigkeiten

γ Κ

Die Radgeschwindigkeiten N_CD, N_C1 , N₀₀, N_n. werden durch

r K FL RR RL

die Geschwindigkeitsfühler 12a, 12b, 13a und 13b erhalten. Das tatsächliche Rutschmaß K] kann deshalb aus den Ausgangssignalen der Geschwindigkeitsfühler berechnet werden. Das von den Signalen der Geschwindigkeitsfühler erhaltene Rutschmaß enthält jedoch das Rutschen an einer Ecke. Wenn demgemäß das Zweiradantriebssystem in das Vierradantriebssystem umgeschaltet wird, wenn der tatsächliche

Rutschzustand festgestellt wird, kann das Rutschen des Fahrzeugs verhindert werden. Der Vierradantrieb an scharfen Ecken muß jedoch verhindert werden, auch wenn das Rutschen festgestellt wird, um ein Engeckenbremsen zu verhindern. Deshalb muß das theoretische Rutschmaß an Ecken vorausberechnet werden.

Gemäß Fig. 2 ist r der innere Drehradius des Hinterrads a, sind r. und r_ die Drehradien der Vorderräder 4a und 4b, ist T die Radentfernung und ist L der Achsabstand. Unter der Annahme, daß die beiden Entfernungen der Vorder- und Hinterräder gleich sind und alle Räder gleichen wirksamen Radius aufweisen, gilt

r² ₊ L²

(γ + T)² + L²

,/R) θ
/R) θ

LO₀₀ = ((r + T)/R) θ

K K

IO_R}_ = Cr / R) θ ,

worin R der effektive Radradi us, A)-„, ^_n, A)_on und a3_di

γ Κ rL KK KL

die Winkelgeschwindigkeiten jeweils der Vorder- und Hinterräder sind und θ die Winkelgeschwindigkeit des sich drehenden Fahrzeugs ist.

Das theoretische Rutschmaß V\ ' wird demgemäß aus folgender Gleichung erreichnet:

η' = WO _R - AOp)/J0_R = 1 Deshalb gilt

r	1.	•CD	+	[a	θ
Γ		•		r + "
R				R

2r + T

V r²+ L² + V (r+T)² + L²

V χ²+ A² +V (X-H )² + A² - ' ~ 2Χ + 1

worin X = r/T und A = L/T sind.

Der Wert A wird durch die Ausgestaltung des Fahrzeugkörpers bestimmt und X wird durch den Drehradius bestimmt. Das theoretische Rutschmaß Π ' ist deshalb eine Funktion von X und wird ausgedrückt als

Der Drehradius r ist andererseits eine Funktion des Steuerwinkels & , was mit r = f (</. > ausgedrückt wird. Das theoretische Rutschmaß η' kann deshalb durch Bestimmen des Steuerwinkels vorausberechnet werden.

In Fig. 3 bezeichnet 2' ein automatisches Getriebe, das einen Drehmomentwandler 21, der in Wirkungsverbindung mit der Kurbelwelle 20 des Motors steht, eine automatische Getriebevorrichtung A und eine Endunter setzungsvorrichtung 3, die zwischen der automatischen Getriebevorrichtung A und dem Drehmomentwandler 21 angeordnet ist, enthält.

Der Drehmomentwandler 21 enthält ein Pumpenrad 21a und eine Turbine 21b. Das Pumpenrad 21a steht in direkter Verbindung mit der Motorkurbelwelle 20 über eine Antriebsplatte 21c. Eine Turbinenwelle 22 erstreckt sich von der Turbine 21b zu der automatisehen Getriebevorrichtung A.

Die automatische Getriebevorrichtung A enthält ein Planetenzahnrad 23, Kupplungen 24 und 25, eine Einwegkupplung 26, eine Bremse 27 und ein Bremsband 28.

Die Ausgangsleistung der automatischen Getriebevorrichtung wird auf eine Ausgangswelle .30 übertragen, auf der ein Zahnrad 31a fest angeordnet ist und die wiederum mit einem Zahnrad 31 in Eingriff ist. Das Zahnrad 31 ist einstückig mit einem Antriebsritze I 32 der Enduntersetzungsvorrichtung 3 für die Vorderräder ausgebildet. Das Antriebsritzel 31 ist mit einer .Übertragungsantriebswelle 33 verbunden, die sich nach hinten erstreckt und die mit einem ersten Übertragungszahnrad 34 der übertragungsvorrichtung 6 verbunden ist. Das erste übertragungszahnrad 34 ist mit einer hydraulischen Kupplung 7 über ein zweites Übertragungszahnrad 34a verbunden. Die hydraulische Kupplung 7 ist dafür bestimmt, durch Drucköl eingerückt zu werden. Das Abtriebsorgan der hydraulischen Kupplung 7 ist mit der Kardanwelle 8 über eine Hinterantriebswelle 35 zum Antreiben der Hinterräder verbunden.

Das DrucköIregelsy stern enthält ein elektromagnetisches

Umschaltventil 40. Das Ventil 40 enthält einen Schieber 41, der mit einem Stab 43 in einem Elektromagnet 42 verbunden ist, eine Feder 44, um den Schieber nach rechts vorzuspannen, eine Einlaßöffnung 45, eine Auslaßöffnung 48 und eine Abflußöffnung 50. Die Einlaßöffnung 45 steht mit einer b'lpumpe 47 in der automatischen Getriebevorrichtung A über einen Kanal 46 in Verbindung und die

Auslaßöffnung 48 steht mit der hydraulischen Kupplung 7 für deren Einrücken in Verbindung. Die ölpumpe 47 ist mit der Turbine 21b durch eine öIpumpenantriebswe I Ie 62 verbunden, die sich in der Turbinenwelle 22 erstreckt.

Im entregten Zustand des Elektromagnets 42, bei dem es sich um den dargestellten Zustand handelt, ist die Einlaßöffnung 45 geschlossen und steht die Auslaßöffnung 48 in Verbindung mit der Abflußöffnung 50. Die hydraulische Kupplung 7 ist somit ausgerückt. Wenn der Elektromagnet 42 erregt wird, wird der Schieber 41 durch den Stab 43 nach links verschoben, so daß die Abflußöffnung 50 geschlossen wird und die Einlaßöffnung 45 in Verbindung mit der Auslaßöffnung 48 kommt, um die hydraulische Kupplung 7 einzurücken.

Gemäß Fig. 4 werden die Geschwindigkeitssignale N_rn und

r κ

N_. von den GeschwindigkeitsfühIers 12a und 12b der Vorderräder an einen Addierer 53 über einen Addierer 51 und einen Inverter' 52 zum Summieren der Geschwindigkeitssignale angelegt. Geschwindigkeitssignale N_DD und N_D von den

KK KL

Geschwindigkeitsfühlers 13a und 13b der Hinterräder werden an den Addierer 53 über einen Addierer 54 zum Addieren der Geschwindigkeitssignale angelegt. Ausgangs signale der Addierer 53 und 54 werden an einen Di νidierkreis 55 angelegt, in dem eines der Signale durch das andere dividiert wird, so daß das tatsächliche Rutschmaß η berechnet wird. Das von dem Steuerungswinkel o( aus dem Steuerwinkelfühler 16 abhängige Signal wird des weiteren an eine Rechenschaltung 5 6 angelegt. In der Rechenschaltung 56 sind die oben beschriebenen Daten bezüglich Radentfernung T und Achsabstand L gespeichert, so daß die Berechnung der oben beschriebenen Gleichung ausgeführt wird, um das theoretische Rutschmaß r] · _Zu berechnen. Das theoretische Rutschmaß ή' wird an einen Addierer 58 über einen Inverter 57 angelegt und das tatsächliche Rutschmaß η wird auch an den Addierer 5 8 angelegt, in dem η ~ Π '

berechnet wird. Das Ausgangssignal des Addierers 58 wird an einen Komparator 59 zum Vergleichen mit einer Normalspannung von einem NormaI spannungsgenerator 60 angelegt, so daß der Komparator 59 ein Ausgangssignal erzeugt, das den Fahrzustand des Fahrzeugs und den Zustand der befahrenen Straßenfläche darstellt. Der Ausgang des Komparators 59 ist mit einem Zeitgeber 61 verbunden, so daß der Zeitgeber ein Ausgangs s i gna I für eine eingestellte Zeit erzeugt. Der Ausgang des Zeitgebers ist mit dem Elektromagnet 42 zu dessen Erregen verbunden. Der Handschalter 17 ist mit dem Elektromagnet 42 zum manuellen Schließen des Kreises des Elektromagnets verbunden.

Im Betrieb werden die Geschwindigkeiten der Vorder- und Hinterräder durch die Geschwindigkeitsfühler 12a, 12b, 13a und 13b gemessen und der Steuerwinkel wird durch den Steuerwinkelfühler 16 gemessen, so daß das tatsächliche Rutschmaß i] und das theoretische Rutschmaß Γ] ' berechnet werden und der Straßenflächenzustand und der Fahrzustand bestimmt werden. Wenn das Rutschmaß ^ klein ist, was beispielsweise während des Fahrens auf einer gepflasterten trockenen Straße auftritt, oder wenn das theoretische Rutsch maß η' groß ist, was während des Nehmens einer scharfen Ecke auftritt, auch wenn eines der Räder rutscht, erzeugt der Komparator 59 kein Ausgangssignal. Demgemäß befindet sich der Elektromagnet 42 im entregten Zustand und Drucköl wird nicht der hydraulischen Kupplung 7 zugeführt. Somit wird das Fahrzeug nur durch die Vorderräder angetrieben.

Wenn das Rutschmaß ή einen vorbestimmten Pegel übersteigt, erzeugt' der Komparator 59 ein Ausgangssignal, um den Zeitgeber 61 zu betätigen. Der Zeitgeber erzeugt ein Ausgangssignal zum Erregen des Elektromagnets für eine eingestellte Zeit. Drucköl wird auf diese Weise der hydraulischen Kupplung 7 zugeführt, so daß die Kupplung eingerückt wird,

um das Vierradantriebssystem einzuschalten. Das Fahrzeug wird folglich durch vier Räder für die eingestellte Zeit des Zeitgebers angetrieben. Nach der eingestellten Zeit kehrt das Antriebssystem in den Zweiradantrieb zurück. Zu dieser Zeit rutschen jedoch die Räder und das Rutschmaß ist groß, so daß der Zeitgeber 61 das Ausgangssignal zum Wiederherste 11 en des Vierradantriebs erzeugt. Wenn andererseits der Handschalter 17 geschlossen wird/ wird der Elektromagnet 42 erregt, um das Vierradantriebssystem einzuschalten.

Gemäß Fig. 5A und 5B sind die Geschwindigkeitsfühler 12a bis 13b digitale Geschwindigkeitsfühler, von denen.jeder ein Zahnrad 63 und einen Abgreifer 64 aufweist. Die Ausgangssignale der Geschwindigkeitsfühler 12a und 12b werden an einen Vorderrad-Durchschnittsgeschwindigkeitsmeßkreis 51a angelegt, und die Ausgangssignale der Geschwindigkeitsfühler 13a und 13b werden einem Hinterrad-Durchschnitts· geschwindigkeitsmeßkreis 54a zugeführt. Der Kreis 51a enthält einen NuIIkreuzungskreis 65a, 65b, einen 8-Bi t-

Zähler 66a, 66b, einen Verriegelungskreis 67a, 67b und den Addierer 51. Der Kreis 54a ist derselbe wie der Kreis 51a. Ein Gesehwindigkeitsmeßrege.1kreis 68 enthält einen Oszillator 70 und Gate-Kreise zum Erzeugen von Ausgangssignalen A, C, D, E (Fig. 6) zum Regeln der Kreise 51a und 54a. Die Zähler 66a, 66b erzeugen somit ein Ausgangssignal F, siehe Fig. 6. Die Ausgangssignale der beiden Kreise 51a und 54a werden in dem Addierer 53 zum Erzeugen einer Differenz zwischen den Durchschnittsgeschwindigkeiten der Vorder- und Hinterräder addiert. Die Ausgangssignale des Addierers 53 und des Addierers 54 werden dem Dividierkreis 55 über D/A-Umsetzer 71 und 72 zugeführt. Der Dividierkreis 55 enthält logarithmische Verstärker 73, 74, 75 und einen Operationsverstärker 76. Die übrigen Teile entsprechen denen in Fig. 4.

Obwohl das Vierradantriebssystem in der Anwendung bei einem automatischen Getriebe beschrieben wurde, kann die Erfindung auch bei anderen Arten von Getriebesystemen angewendet werden, wie einem Kraftubertragungssystetn, das normalerweise die Hinterräder antreibt.

Die übertragungskupp Lung 7 kann des weiteren durch eine elektromagnetische Kupplung gebildet werden.

Claims

Patentansprüche

Anordnung zum Regeln der · Kraftübertragung eines vier radgetriebenen Kraftfahrzeugs,. gekennzeichnet durch

ein Getriebe zum übertragen der Kraft des Motors auf zwei Hauptantriebsräder,

eine Kupplung zum wahlweisen übertragen der Kraft auf zufe~i andere Räder als die beiden Hauptantriebsräder,

Geschwindigkeitsfühler zum Erzeugen von Ausgangssignalen jeweils in Abhängigkeit der Geschwindigkeiten der vier Räder,

einen SteuerwinkeIfühler zum Erzeugen eines Ausgangssignals in Abhängigkeit des Steuerwinkels,

eine erste Rechenschaltung zum Berechnen eines tatsächlichen Rutschmaßes aus Ausgangssignalen der Geschwindigkeitsfühler,

eine zweite Rechenschaltung zum Berechnen eines theoretischen Rutschmaßes aus dem Ausgangssignal des Steuerwinkelfühlers,

einen Vergleichskreis zum Vergleichen des tatsächlichen Rutschmaßes und des theoretischen Rutschmaßes zum Erzeugen eines Ausgangssignals, wenn die Differenz zwischen beiden Rutschmaßen einen vorbestimmten Pegel übe rsch rei tet,

eine erste Schaltungseinrichtung, die auf das Ausgangssignal des Vergteichskreises anspricht, um ein Ausgangssignal für eine vorbestimmte Zeit zu erzeugen, und

eine zweite Schaltungseinrichtung, die auf das Ausgangssignal der ersten Schaltungseinrichtung zum Betätigen der Kupplung für deren Einrücken anspricht, wodurch die Vierradantriebskraftübertragung hergestel 11 wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung eine elektromagnetisch geregelte Kupplung ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung eine hydraulische Kupplung und ein elektromagnetisches Ventil zum Betätigen der hydraulischen Kupplung enthält.
4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung eine elektromagnetische Kupplung enthält.
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltungseinrichtung einen Zeitgeber zum Erzeugen eines Ausgangssignals für eine eingestellte Zeit enthält.
6. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen manuell betätigten Schalter zum Betätigen der elektromagnetisch geregelten Kupplung.