DE3430982A1

DE3430982A1 - Anordnung zur regelung des antriebsschlupfes

Info

Publication number: DE3430982A1
Application number: DE19843430982
Authority: DE
Inventors: Wolfram Dr. 6100 Darmstadt Seibert
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1984-08-23
Filing date: 1984-08-23
Publication date: 1986-03-06

Description

Anordnung zur Regelung des Antriebsschlupfes
Die Erfindung bezieht sich auf eine für Kraftfahrzeuge vorgesehene Anordnung zur Regelung des Antriebsschlupfels, die mit Meßwertaufnehmern zur Ermittlung des Raddrehverhaltens und gegebenenfalls weiterer fahrdyrlamisc,ler Meßwerte und mit elektronischen Schaltkreisen zur Verarbeitung und logischen Verknüpfung der Meßwerte sowie zur Erzeugung von Ausgangssignalen ausgerüstet ist, mlt denen die Bremswirkung an den Rädern individuell oder gruppenweise steuerbar ist.
Es ist bereits bekannt, zur Regelung des Vortriebs- oder Antriebsschlupfes die Radbremse des zum Durchdrehen neigenden Antriebsrades zu aktivieren und dieses Rad dadurch so weit zu verzögern, daß es innerhalb eines für die Übertragung des Antriebsmomentes günstigen Schlupfbereiches bleibt (DE-PS 31 40 959, DE-OS 32 15 739). Damit läßt sich sowohl die Übertragung der Åntriebsleistung auf die Straße verbessern als auch die Fahrstabilität und, wenn es sich um ein Vorderrad handelt, die Lenkbarkeit des Fahrzeugs erhalten.
Wenn es jedoch nicht gelingt oder, insbesondere bei sehr unterschiedlichem Reibbeiwert am linken und rechten Antriebsrad, nicht zweckmäßig ist, das Antriebsmoment des Motors nach dem Anlegen der Bremse sehr schnell zu reduzieren, wird die in der Radbremse in Wärme umzusetzende Energie so hoch, daß die Bremse gelöst oder ein sehr hoher Verschleiß der Aggregate in Kauf genommen werden muß. Der Gesamtwirkungsgrad des Antriebs wird durch diese Betriebsweise ebenfalls beeinträchtigt.
Ein bekannter Nachteil von Differentialen, die zum Ausgl.eich der unterschiedlichen Wegstrecken der rechten und linken Räder in Kurven notwendig sind, besteht darin, daß bei ungünstigen Straßenverhältnissen, d.h. im unbefestigen Gelände, bei sehr geringem Reibungsbeiwert auf einer Fahrbahnseite usw., ein Rad durchdrehen kann. Dadurch wird das Anfahren des Fahrzeugs erschwert oder das Fahrverhalten verschlechtert. In manchen Situationen wird die Fahrstabilität des Fahrzeugs gefährdet. Als Abhilfe für diese Erscheinungen ist der Einbau einer Differentialsperre bekannt, die jedoch nur in bestimmten Situationen eingeschaltet sein darf, weil sie sonst z.B.
das Kurvenfahren erschweren würde. Auf eine Sperre in dem Vorderachsdifferential eines über die Vorderräder angetriebenen Fahrzeugs wird daher generell verzichtet, weil eine solche Differentialsperre die Lenkfähigkeit des Fahrzeugs zu sehr beeinträchtigen könnte.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile bekannter Anordnungen zu überwinden und eine vergleichsweise einfache, sichere und für die in der Praxis auftretenden Situationen unterschiedlicher Art geeignete Antriebsschlupfregelung zu entwickeln.
Es hat sich gezeigt, daß diese Aufgabe in fortschrittlicher Weise mit einer Anordnung der eingangs genannten Art gelöst werden kann, deren Besonderheit darin besteht, daß im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs ein oder mehrere sperrbare Differentiale eingebaut sind und daß eine Antriebsschlupf-Regelschaltuny vorhanden ist, die in Abhängigkeit von dem Drehverhalten der Räder und/oder dem Fahrverhalten des Fahrzeugs die Differentialsperren betätigt.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen lassen sich überraschenderweise die beschriebenen schwerwiegende Nachteile der Antriebsschlupfrege]ung mit Hilfe eines Bretnseneingriffs sowie die Nachteile von Sperrdifferentialen überwinden und die Vorteile beider Systeme kombinieren. Das Ergebnis ist eine Anordnung zur Antriebsschlupfregelung, die den verschiedenartigen Fahrbahnsituationen gewachsen ist, die während der Anfahr-und Peschleunigungsphase ohne Gefahr einer Überlastung der Bremse unbeschränkt in Funktion sein kann und die wirkungsvoll zur Erhöhung des Vortriebs und Verbesserung des Geradeauslaufs bei hohem Antriebsmoment beiträgt.
Mach einer vorteilhaften AusfUhrungsart der Erfindung steuert die Regelschaltung zu Beginn der Regelung ausschließlich die Radbremse des zum Durchdrehen tendierenden Rades an und betätigt erst nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit von beispielsweise 1 bis 3 Sekunden, vorzugsweise 1 bis 1,5 Sekunden, in Abhängigkeit von den Drehverhalten der Räder und/oder dem Fahrverhalten des Fahrzeugs die Differentialsperren.
Ferner ist vorgesehen, die erfindungsgemäße Anordnung für Kraftfahrzeuge mit Vorderradantrieb auszubilden, wobei dann die Betätigung der Differentialsperre zusätzlich von dem Lenkeinschlag bzw. Einschlagwinkel der Vorderräder, der Lenkradstellung oder den Lenkbewegungen abhängig ist.
Zur Ermittlung des Lenkeinschlags oder der Lenkbewegungen ist ein Lenkungsmittensensor vorgesehen, dessen Ausgangssignale den logischen Vezknüprungsschaltkreisen bzw. der elektronischen Regelschaltung zuführbar sind.
Des weiteren besteht eine Ausführungsart der Erfindung darin, daß die Differentialsperren in Form von formschlüssigen Kupplungen ausgebildet sind, mit denen die zusammengehörigen, über das Differential angetriebenen Achsen oder Halbachse miteinander koppelbar sind, wobei vor dem Einrücken der Kupplung beide Achsen mit Hilfe der Bremse auf die annähernd gleiche Umdrehungsgeschwindigkeit synchronisierbar sind. Die als Differentialsperre geeignete Kupplung wirkt in diesem Fall besonders einfach und läßt sich mit vergleichsweise geringem Aufwand herstellen und für hohe Antriebsmomente auslegen.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann einen hydraulischen Bremsdruckgeber und eine Hilfsdruckquelle besitzen, wobei sich die Differentialsperren in Form von Kupplungen ausbilden lassen, die mit Hilfe eines Schalthebels ein- und ausrickbar sind. Dieser Schalthebel ist z.B.
mit dem hydraulisch verschiebbaren Arbeitskolben eines Stell- oder Nehmerzylinders verbunden, der über ein oder mehrere hydraulische, elektromagnetisch betätigbare Mehrwegeventile an die Hilfsdruckquelle angeschaltet werden kann.
Weitere Merkniale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung anhand der beigefügten Abbildung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung hervor.
ie Abbildung zeigt zur Erläuterung des der Erfindung zugrunde liegenden Prinzips in schematisch vereinfachter Teildarsteilung eine Anordnung mit einem Ausgleichsgetrieb bzw. Differential 1, das zum Einbau in Fahrzeuge mit angetriebener Vorderachse vorgesehen ist. Von dem Antriebsstrang des Fahrzeugs sind dabei nur der in das Vorderachs-Differential 1 mündende Teil einer Kardanwelle 2 sowie die Antriebs Halbachsen 3 und 4 wiedergegeben.
Das Differential 1 besitzt eine schaltbare Sperre 5, die durch die gestrichelt eingerahmte Kupplung symbolisiert ist, die mit Hilfe eines Betätigungs- oder Schalthebels 6 ein- und ausgerückt werden kann. In der gezeichneten Ruhelage oder Ausgangsstellung ist die Sperre aufgehoben, die Kupplung 5 somit ausgerückt. Mit Hilfe einer an dem Hebel 6 angreifenden Rückstellfeder 7 und einer Rückstellfeder 8 in einem Stell- oder Nehmerzylinder 9, der im folgenden noch beschrieben wird, läßt sich die gezeigte Ruhe-- oder Ausrücklage aufrechterhalten.
Das beschriebene Fahrzeug, von dem nur die zur Erlduterung der Erfindung benötigten Teile dargestellt sind, ist mit einer Bremsanlage ausgerüstet, mit der sowohl der Bremsschlupf als auch der Anfahrschlupf geregelt werden kann. Die Bremsanlage besteht im wesentlichen aus einem zweikreisigen hydraulischen Bremsdruckgeber 10, dessen beide hydraulischen Kreise 11,12 hier jeweils mit den Radbremsen einer Fahrzeugdiagonalen verbunden sind.
Abgebildet sind allerdings nur die Vorderräder VL,VR mit den Radbremsen 13,14, während der hydraulische Anschluß zum Hinterrad HL,HR bzw. zu der entsprechenden Hinterradbremse lediglich jeweils durch einen Pfeil angedeutet ist Der Bremsdruckgeber 10 enthält einen hydraulischen Verstärker und ist daher mit einer Hilfsdruckquelle ausgerostet, deren wesentlichste Bestandteile eine elektromotorisch angetriebene Hydraulikpumpe 15 mit dem zugehörigen Rückschlagventil 16 sowie ein Hydraulikspeicher 17 sind. Die Saugseite der Pumpe 15 ist mit dem Druckausgleichsbehälter 18 des Bremsdruckgebers 10 verbunden.
Zur Regelung des Bremsdruckes und damit des Schlupfes sind in den hydraulischen Anschlußleitungen zu den Radbremsen 13,14 elektromagnetisch betätigbare, sogenannte SO-Ventile 19,20 (stromlos offene Ventile) eingefügt, die normalerweise auf Durchlaß geschaltet sind und mit denen nach Umschaltung ein weiterer Druckanstieg verhindert werden kann. Über "SG"-Ventile 21,22 (stromlos geschlosseiie Ventile), die jeweils in einer die Radbremse 13 bzw. 14 illit dem Druckausgleichsbehälter 18 bzw. 18' verbindenden Hydraulikleitung 23,24 eingesetzt sind, Rann zur Schlupfregelung Bremsdruck abgebaut werden; 18 und 18' sind Teile des gleichen Druckausgleichsbehälters. Entsprechende Ventilanordnungen sind in den nicht gezeigten, zu den Hinterrädern HL,HR führenden Hydraulikleitungen vorhanden.
Ferner besitzt die hier beschriebene Bremsanlage noch Ventileinrichtungen 25,26, mit denen die Hilfsdruckquelle (15 - 17) über die 50Ventile 19,20, direkt mit den Radbremsen 13,14 verbunden werden kann, so daß unabhängig von dem Bremsdruckgeber 10, also auch bei nicht betcitigtem Bremspedal 27, Bremsdruck in die Radbremsen 13,14 eingesteuert werden kann. Die Ventileinrichtungen 25,26 werden nur zur Regelung des Anfahrschlupfes benötigtX Der Schalthebel 6 zum Einlegen der Sperre bzw. der Kupplung 5 für das Vorderachsdifferential 1 wird mit Hilfe des bereits genannten hydraulischen Stell- oder Nehmerzylinders 9 betätigt. Hierzu ist der Arbeitskolben 28 im Inneren des Zylinders 9 über eine Druckstange 29 mit dem Hebel 6 verbunden. Durch Einsteuern von Druck in einen Arbeitsraum 30 des Zylinders 9 wird der Kolben 28 gegen die Kraft der Rückstellfeder 8 verschoben, was eine Schwenkung des Hebels 6 in Richtung des Pfeils 31 und ein Einrücken der Kupplung 5 zur Folge hat, die die beiden Antriebshalbachsen 3,4 miteinander verbindet und dadurch die Ausgleichswirkung des Differentials 1 aufhebt.
In der gezeigten Ruhestellung ist die Arbeitskammer 30 des Zylinders 9 über ene Druckmittel1etung 34 und über ein stromlos offenes 2/2-Wegeventil 32 mit einem Ausgleichsbehälter 33 verbunden, so daß in der Kammer 30 Atmusphärendruck herrscht der Behälter 33 kann ein Bestandteil des Ausgleichsbehälters 18 sein. Nach Umschalten des Ventils 33 und Sperren des Druckmittelweges zu dem Behalter 33 kann über eine Druckmittelleitung 35 und die Leitung 34 Druck in die Arbeitskammer 30 des Nehmerzylinders 9 eingespeist werden. Sobald ein ausreichender Druck aufgebaut ist, verschiebt sich der Kolben 28 im Zylinder 9 und mit diesem der Hebel 6, der die Differentialsperre einlegt.
Der Druck zur Bestätigung der Differentialsperre wird bei der dargestellten Anordnung der bereits zum Betrieb der Bremsanlage und der Schlupfregelung benötigten Hilfsdruckquelle 15 - 17 entnommen. Hierzu ist in einer diese Quelle mit dem Stellzylinder 9 verbindenden Druckmittelleitung 38,35,34 ein 2/2»Wegeventil 39 eingefügt, das normalerweise einen Durchfluß unterbindet und das durch ein elektrisches Signal auf Durchfluß umgeschaltet werden kann. Dieses Ventil 39 ist im Aufbau und in der Arbeitsweise mit den beschriebenen SG-Ventilen 21,22 vergleichbar.
Die ur Regelung des Brems- und Antriebsschlupfes bzw.
ur Steuerung der Mehrwegeventile 19 - 22 im Druckmittelweg von dem Bremsdruckgeber 10 zu den Radbremsen 13, 14, des die Differentialsperre auslösenden Ventiles 39 und der Ventileinrichtungen 25,26 benötigten Schaltsignale werden mit Hilfe einer gemeinsamen Schaltungselektronik oder Regelsdiaituna 40 erzeugt, die mehrere festverdrahtete elektronische Schaltkreise oder auch proqrammierbare Baustufen, wie Microcomputer, enthalten kann. Die Informationen über das Drehverhalten der einzelnen Fahrzeugräder, gegebenenfalls auch der Kardanwelle, werden mit Hilfe von induktiven Meßwertaufnehmern 41,42, die ein in ihrer Frequenz der Drehbewegung proportionales Signal liefern, über die Eingänge E1 -En der Elektronik des Reglers 40 zugeleitet, der durch Signalverarbeitung, logische Verknüpfung der Signale die benötigten Steuersignale erzeugt und über ihre Ausgänge A1 An an die Ventile abgibt.
Erfindungsgemäß werden zur Regelung und Begrenzung des Antriebsschlupfes zunächst die Radbremsen 13,14 aktivi.ert. Wird nach einer vorgegebenen Zeitspanne von z.B einer Sekunde nach delta Ansprechen der Schlupfregelung bzw. nach dem Aktivieren der Bremse, weiterhin ein hoher flelbwertunterschied zwischen den beiden Rädern einer Achse erkannt, werden an den Ausgängen A01 und Ao2 Signale abgegeben, die zum Umschalten der Ventile 32,39 und schließlich zur hydraulischen Druckbeaufschlagung des Kolbens 28 im Nehmerzylinder 9 führen. Dadurch wird die Differentialsperre eingelegt. Die den Regler 40 mit den Erregerwicklungen der Ventile 32,39 verbindenden elektrischen Signalleitungen sind mit 36,37 beziffert.
Ist die zur Sperre des Differentials 1 dienende Kupplung 5 gemaß einer besonders günstigen Ausführunysart der Erfindung als formschlüssige Kupplung ausgebildet, wird vor dem Betätigen des Hebels 6 mit Hilfe der Elektronik 40 und durch entsprechende Betätigung der Radbremsen 13,14 zunächst die Drehzahl der beiden Räder VL,VR auf einen annähernd gleichen Wert eingestellt und dadurch das Differential "synchronisiert", so daß nunmehr die £ormschlüssige Kupplung eingerückt werden kann.
Das Sperren eines Vorderachs-Differentials könnte die Lnkfähigkeit des Fahrzeugs in unzulässigem Maße beeinträchticjen. Daher ist die beschriebene und abgebildete Anordnung mit einem Lenkungssensor 43, d.h. einem Meßwertaufnehmer zur Ermittlung des Lenkeinschlags der Räder, der Lenkradstellung oder der Lenkbewegungen, ausgerüstet, dessen Ausgangssignale ebenfalls dem Regler 40 zugeführt und bei der logischen Verknüpfung, bei der Steuerung des Antriebsschlupfes und vor allem beim Ein- und Ausrücken der Kupplung 5 des sperrbaren Differentials 1 berücksichtigt werden. Der Lenkungssensor 43 läßt sich mit einem Microschalter kombinieren, der das Einrücken der Differentialsperre 5 verhindert oder die Sperre löst, sobald der Lenkeinschlag unter Berücksichtigung der FahrzeuggeschwIndigkeit einen bestimmten Wert übersteigt, oder falls größere Lenkbewegungen des Fahrers sensiert werden In einer anderen (nicht abgebildeten) Ausführungsart der Erfindung wird anstelle der beiden 2/2-Wegeventile 32,39 ein 3/2- Wegeventil eingesetzt, das in der Ausgangs-oder Ruhestellung ebenfalls den Anschluß des Nehmerzylinders 9 an die Hilfsdruckquelle (15 - 17) unterbricht und den Arbeitsraum 30 dieses Zylinders 9 mit dem Druckausgleichsbehälter 18 verbindet.
Bei Fahrzeugen mit Allradantrieb können durch entsprechende Auslegung der Schaltungslogik 40 oder des Prograinms, wenn diese Logik programmierbare Bausteine enthci. lt, in der beschriebenen Art und Weise auch Differentialsperren in dem Hinterachs-Differential und/oder in einem Zwischen-Differential gesteuert werden, um u.a.
das Fahrverhalten des Fahrzeugs bei unterschiedlicher Haftung auf der linken und rechten Fahrzeugseite, den Gcradeauslauf und andere Eigenschaften zu verbessern.

Claims

Patentansprüche 1. Anordnung für Kraftfahrzeuge zur Regelung'des Antriebsschlupfes, mit Meßwertaufnehmern zur Ermittlung des Raddrehverhaltens und gegehenenfalls weiterer fahrdynamischer Meßwerte, mit elektronischen Schaltkreisen zur Verarbeitung und logischen Verknüpfung der Meßwerte und zur Erzeugung von Ausgangssignalen, mit denen die Bremswirkung an den Rädern individuell oder gruppenweise steuerbar ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß im Antriebsstrang des Fahrzeugs ein oder mehrere sperrbare Differentiale (1) eingefügt sind und daß eine elektronische Afltriebsschlupf-Regelschaltung (40) vorhanden ist, die in Abhängigkeit von dem Drehverhalten der Räder (VR,VL,HR,HL) und/oder dem Fahrverhalten des Fahrzeugs die Differentialsperren (5) betätigt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h ne t , daß die Regelschaltung (40) zu Beginn der Regelung ausschließlich die Radbremse (13,14) des zum Durchdrehen tendieronden Rades ansteuert und erst nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit in Abhängigkeit von dem Drehverhalten der Xäder und/oder dem Fahrverhalten des Fahrzeugs die Differentiaisperren (5) betätigt, d.h. einlegt und zur gegebenen Zeit wieder löst.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Verzögerungszeit zwischen dem Ansprechen der Schlupfregelung und dem Betätigen der Differentialsperren (5) zwischen 1 bis 3 Sekunden, vorzugsweise 1 bis 1,5 Sekunden, beträgt.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß diese für Kraftfahrzeuge mit Vorderradantrieb ausgebildet ist und daß die Betätigung der Differentialsperre (5) zusätzlich von dem Lenkeinschlag bzw. Einschlagwinkel der Vorderräder (VR,VL), der Lenkradstellung oder den Lenkbewegungen abhängig ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß diese zur Ermittlung des Lenkeinschlags oder der Lenkbewegungen mit einem Lenkungsmittensensor (43) ausgerüstet ist, dessen Ausgangssignale den logischen Verknüpfungsschaltkreisen bzw. der elektronische Regelschaltung (40) zuführbar sind.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Differentialsperren (5) in Form von formschlüssign Kupplunge ausgebildet sind, mit denen die zusammengehörigen, küber das Differential (1) angetriebenen Achsen oder Halbachse (3,4) miteinander koppelbar sind, und daß vor dem Einrücken der Kupplung (5) beide Achsen (3, 4) mit Hilfe der Radbremsen (13,14) auf die annähernd gleiche Umdrehungsgeschwindigkeit synchronisierbar sind.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß diese einen hydraulischen Bremsdruckgeber'(10) und eine Hilfsdruckquelle (15 - 17) aufweist und daß die Differentialsperren (5) in Form von Kupplungen ausgebildet sind, die mit Hilfe eines Schalthebels (6) ein- und ausrückbar sind, der mit dem hydraulisch verschiebbaren Arbeitskolben (28) eines Stell- oder Nehmerzylinders (9) verbunden ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Stell- oder Nehmerzylinder (9) über hydraulische, elektromagnetisch betätigbare Mehrwegeventile (32,39) an die lIilfsaruckquelle (15 - 17) anschaltbar sind.