DE102005047093A1

DE102005047093A1 - Verfahren und Anordnung zur Ermittlung einer Steuergröße zur Steuerung einer Drehmomentübertragungskupplung in einer angetriebenen Achse eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102005047093A1
Application number: DE200510047093
Authority: DE
Inventors: Manfred Steding; Stefan Fries; Klaus MÄTZSCHKER; Uwe Wunschelmeier; Frank Discher; Stephan Leven
Original assignee: GKN Driveline International GmbH
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2025-10-01
Also published as: DE102005047093B4

Abstract

Bei einem Verfahren zur Ermittlung einer Steuergröße zur Steuerung einer Drehmomentübertragungskupplung in einer angetriebenen Achse eines Kraftfahrzeugs wird aus einem zugeführten Eingangssignal (x¶e¶(t)) ein Ausgangssignal (x¶a¶(t)) ermittelt und abhängig von diesem die Steuergröße hergeleitet. Zur Ermittlung des Ausgangssignals wird ein an der angetriebenen Achse angeordnetes Rad höheren Kraftschlusspotentials gegenüber dem Untergrund ermittelt. Das Ausgangssignal (x¶a¶(t)) wird abhängig von einem Schlupf (lambda¶muH¶, DELTAeta¶muH¶) dieses angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials aus dem Eingangssignal (x¶e¶(t)) abgeleitet.

Description

Die Erfindung befasst sich mit der aktiven Steuerung der Antriebsmomentzufuhr zu den Rädern einer angetriebenen Achse eines straßengängigen Kraftfahrzeugs.

Ausgleichsgetriebe, häufig Differentiale genannt, werden in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um unterschiedliche Drehzahlen zwischen verschiedenen Rädern des Fahrzeugs zu ermöglichen. Dabei wird gemeinhin zwischen Querdifferentialen (Achsdifferentialen) und Mittendifferentialen unterschieden. Querdifferentiale ermöglichen Drehzahlunterschiede zwischen Rädern einer Achse des Fahrzeugs, Mittendifferentiale ermöglichen Drehzahlunterschiede zwischen Rädern verschiedener Achsen.

Bei offenem (ungesperrtem) Querdifferential richtet sich die insgesamt von der mit dem Querdifferential bestückten Achse auf den Untergrund übertragbare Antriebskraft nach dem Rad, an dem das geringere Kraftschlusspotential herrscht. Das Verhältnis der den Rädern der Achse zugeteilten Antriebsmomente lässt sich mittels einer sogenannten Differential- oder Ausgleichssperre verändern. Das ist üblicherweise eine passive oder eine aktiv gesteuerte Kupplung, die entweder zwischen das Gehäuse des Differentials und eine der Achsantriebswellen der Achse oder zwischen beide Achsantriebswellen der Achse geschaltet ist. Je nach Schließgrad der Sperrkupplung wird das angebotene Antriebsmoment in unterschiedlichem Verhältnis auf die Räder aufgeteilt.

Es ist bekannt, eine Sperrkupplung für ein Achsdifferential einer angetriebenen Vorder- oder Hinterachse beispielsweise abhängig von der Abweichung zwischen der tatsächlichen Drehzahldifferenz der Räder der Achse von einer Soll-Drehzahldifferenz zu aktivieren. Zur Ermittlung der Ist-Drehzahldifferenz können die Raddrehzahlen der Räder einzeln sensorisch erfasst und in einer elektronischen Steuereinheit ausgewertet werden. Stellt die Steuereinheit eine Abweichung zwischen Ist-Drehzahldifferenz und Soll-Drehzahldifferenz fest, erzeugt sie ein Steuersignal für ein Stellglied der Sperr- bzw. Verteilerkupplung. Wie stark die Kupplung dabei geschlossen wird, hängt z.B. vom Grad der Abweichung zwischen Ist-Drehzahldifferenz und Soll-Drehzahldifferenz ab. Auf diese Weise kann ein Verlust an Vortriebskraft verhindert oder zumindest abgeschwächt werden, wenn das Fahrzeug auf einem unterschiedlich griffigen Untergrund (Split-μ-Untergrund) fährt, speziell bei einer beschleunigten Kurvenfahrt.

Abhängig von den Kraftschlussbedingungen und dem Antriebskraftangebot kann die Seitenführungskapazität eines angetriebenen Rads, dem durch das Schließen einer Sperrkupplung eines Achsdifferentials zusätzliches Antriebsmoment zugeteilt wurde, allerdings so starke Einbußen erleiden, dass das Fahrverhalten des Fahrzeugs instabil wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, das dynamische Fahrverhalten eines Fahrzeugs mit einer oder mehreren steuerbaren Drehmomentübertragungskupplungen, die jeweils in einer angetriebenen Achse des Fahrzeugs angeordnet sind, zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung einer Steuergröße zur Steuerung einer Drehmomentübertragungskupplung in einer angetriebenen Achse eines Kraftfahrzeugs vor. Erfindungsgemäß wird bei diesem Verfahren aus einem zugeführten Eingangssignal ein Ausgangssignal ermittelt und abhängig von diesem die Steuergröße hergeleitet, wobei zur Ermittlung des Ausgangssignals ein an der angetriebenen Achse angeordnetes Rad höheren Kraftschlusspotentials gegenüber dem Untergrund ermittelt wird und das Ausgangssignal abhängig von einem Schlupf dieses angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials aus dem Eingangssignal abgeleitet wird.

Die Erfindung ermöglicht es, instabile Fahrzustände, die durch wenigstens teilweises Schließen einer in einer angetriebenen Achse eines Kraftfahrzeugs angeordneten Drehmomentübertragungskupplung möglicherweise entstehen können, zu verhindern oder zumindest beträchtlich abzuschwächen. Dies wird dadurch erreicht, dass schlupfabhängig die Zuteilung von Antriebsmoment zu einem angetriebenen Rad höheren Kraftschlusspotentials begrenzt wird. Die erfindungsgemäße Lösung geht davon aus, dass bereits ein Eingangssignal vorhanden ist, das als Steuergröße für die Steuerung der betreffenden Kupplung verwendbar ist. Das Eingangssignal kann von einer vorgeschalteten Regelanordnung geliefert werden, die das Eingangssignal beispielsweise abhängig davon erzeugen kann, wie stark eine Ist-Drehzahldifferenz zwischen den Rädern einer angetriebenen Achse von einer Soll-Drehzahldifferenz abweicht. Würde das Eingangssignal unmittelbar, also sozusagen "ungefiltert", für die Steuerung der betreffenden Kupplung verwendet, bestünde die Gefahr eines in stabilen Fahrverhaltens, wenn das Eingangssignal und damit der Schließgrad der Kupplung zu groß wird.

Zur schlupfabhängigen "Filterung" oder Begrenzung des Eingangssignals wird gemäß der Erfindung ermittelt, welches von den Rädern einer angetriebenen Achse höheres Kraftschlusspotential gegenüber dem Untergrund besitzt. Sodann ermittelt sie einen Schlupf des gefundenen Rads höheren Kraftschlusspotentials. Abhängig von der Größe dieses Schlupfs leitet sie dann aus dem Eingangssignal ein Ausgangssignal her, abhängig von dem die Steuergröße ermittelt wird. Ist der Schlupf hinreichend klein, kann das Eingangssignal unverändert oder zumindest im wesentlichen unverändert als Ausgangssignal übernommen werden. Ist der Schlupf dagegen zu groß, kann ein kleinerer Wert des Ausgangssignals als der aktuelle Wert des Eingangssignals gewählt werden, wobei der gewählte Wert des Ausgangsignals von der Größe des Schlupfs des Rads höheren Kraftschlusspotentials abhängt.

Die Erfindung gewährleistet, dass an einem angetriebenen Rad höheren Kraftschlusspotentials die Seitenführungskapazität erhalten bleibt, wodurch das Fahrzeug auch in fahrdynamisch schwierigen Situationen wie bei Fahren auf einem glatten Untergrund oder einem Split-μ-Untergrund oder bei beschleunigter Kurvenfahrt für Normalfahrer beherrschbar bleibt.

Die Erfindung kann nicht nur bei der Steuerung von Sperrkupplungen für Querdifferentiale angewendet werden. Sie kann grundsätzlich auch bei Achskonfigurationen eingesetzt werden, bei denen die mit den Rädern einer angetriebenen Achse verbundenen Achswellen über je eine Kupplung mit einer Antriebsmoment anliefernden Antriebsstrangkomponente koppelbar sind. Bei solchen Achskonfigurationen ist kein Achsdifferential vorhanden; das Verhältnis der den Rädern der Achse zugeführten Antriebsmomente wird durch den Kupplungszustand der beiden Kupplungen bestimmt. Um dieses Verhältnis zu verändern, kann beispielsweise nur eine der beiden Kupplungen in ihrem Kupplungszustand verändert werden; es können auch gleichzeitig beide Kupplungen verstellt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens eine von Null verschiedene Schlupfschwelle definiert, die von dem Schlupf des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials überschritten werden muss, um eine Begrenzung oder Herabsetzung des Eingangssignals auszulösen. So ist bevorzugt vorgesehen, dass bei einem Anstieg des Schlupfs des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials über eine von Null verschiedene, vorbestimmte erste Schlupfschwelle das Ausgangs signal ab Erreichen der ersten Schlupfschwelle im wesentlichen gleich dem zum Zeitpunkt des Erreichens der ersten Schlupfschwelle vorliegenden Wert des Eingangssignals festgelegt wird. Mit anderen Worten wird das Ausgangssignal ab Erreichen der ersten Schlupfschwelle auf einem Wert gehalten, der dem Eingangssignalwert zum Zeitpunkt des Erreichens der ersten Schlupfschwelle entspricht. Selbst wenn das Eingangssignal nach Erreichen der ersten Schlupfschwelle weiter zunimmt, schlägt sich dies nicht im Ausgangssignal nieder, sodass entsprechend auch die betreffende Kupplung nicht zunehmend stärker geschlossen wird.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass bei einem Anstieg des Schlupfs des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials über eine vorbestimmte zweite Schlupfschwelle, welche größer als die erste Schlupfschwelle ist, das Ausgangssignal im wesentlichen ab Erreichen der zweiten Schlupfschwelle auf einen vorbestimmten ersten Wert herabgesetzt wird. Steigt der betrachtete Schlupf nach Überschreiten der ersten Schlupfschwelle auch über die zweite Schlupfschwelle, wird das Ausgangssignal der Steuergröße sogar von dem Haltewert, auf den es bei Erreichen der ersten Schlupfschwelle festgelegt wurde, auf einen niedrigeren Wert abgesenkt. Die betreffende Kupplung wird also zumindest teilweise wieder geöffnet.

Nach Anstieg des Schlupfs des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials über die zweite Schlupfschwelle kann der Schlupfverlauf auf das Auftreten eines lokalen Maximums überwacht werden. Wird ein solches lokales Schlupfmaximum festgestellt, kann das Ausgangssignal im wesentlichen ab Erreichen des lokalen Schlupfmaximums von dem vorbestimmten ersten Wert auf einen vorbestimmten zweiten Wert heraufgesetzt werden. Das lokale Schlupfmaximum zeigt an, dass der betrachtete Schlupf wieder absinkt, weswegen die betreffende Kupplung wieder etwas stärker geschlossen werden kann.

Um jedoch bei einem insgesamt zu starken Anstieg des betrachteten Schlupfs ein zu frühes erneutes Schließen der betreffenden Kupplung zu vermeiden, kann vorgesehen sein, dass bei einem Anstieg des Schlupfs des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials über eine vorbestimmte dritte Schlupfschwelle, welche größer als die zweite Schlupfschwelle ist, das Ausgangssignal im wesentlichen ab dem Zeitpunkt, an dem der Schlupf wieder auf die dritte Schlupfschwelle abgefallen ist, von dem vorbestimmten ersten Wert auf einen vorbestimmten zweiten Wert heraufgesetzt wird.

Es kann vorkommen, dass der Schlupf des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials nach Überschreiten der zweiten Schlupfschwelle zunächst etwas abfällt, dann jedoch wieder ansteigt, sodass erneut reagiert werden muss, um einen Verlust an Seitenführungskapazität an dem betreffenden Rad zu verhindern. Zu diesem Zweck kann nach Anstieg des Schlupfs des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials über die zweite Schlupfschwelle der Schlupfverlauf auf das Auftreten eines Lokalen Minimums überwacht werden. Wird das Auftreten eines solchen lokalen Schlupfminimums oberhalb der zweiten Schlupfschwelle festgestellt, wird das Ausgangssignal im wesentlichen ab Erreichen des lokalen Schlupfminimums von dem vorbestimmten zweiten Wert auf den vorbestimmten ersten Wert herabgesetzt.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird der zum Zeitpunkt des Erreichens der zweiten Schlupfschwelle oder/und der zum Zeitpunkt des Erreichens des lokalen Schlupfminimums vorliegende Wert des Ausgangssignals gespeichert, wobei der vorbestimmte zweite Wert abhängig von dem zuletzt gespeicherten Ausgangssignalwert gewählt wird. Die Abhängigkeit des vorbestimmten zweiten Werts von dem jeweils zuletzt gespeicherten Ausgangssignalwert kann beispielsweise eine prozentuale Abhängigkeit sein.

Fällt der Schlupf des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials wieder unter die erste Schlupfschwelle, so kann das Eingangssignal wieder direkt als Ausgangssignal verwendet werden. Es kann allerdings sein, dass zum Zeitpunkt des Unterschreitens der ersten Schlupfschwelle der momentane Ausgangssignalwert von dem momentanen Eingangssignalwert verschieden ist. Zur Vermeidung von Sprüngen kann dann das Ausgangssignal mit einem vorbestimmten Anstiegs- oder Abfallverlauf an das Eingangssignal angeglichen werden.

Die erste oder/und die zweite oder/und die dritte Schlupfschwelle werden zweckmäßigerweise fahrzeuggeschwindigkeitsabhängig gewählt. Auch eine Abhängigkeit von der Fahrzeugquerbeschleunigung kann vorteilhaft sein. Darüber hinaus kann eine Festlegung oder Beeinflussung der ersten oder/und zweiten oder/und dritten Schlupfschwelle unter Berücksichtigung des von einem Antriebsmotor des Fahrzeugs bereitgestellten Motormoments oder/und der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs erfolgen.

Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zur Ermittlung einer Steuergröße zur Steuerung einer Drehmomentübertragungskupplung in einer angetriebenen Achse eines Kraftfahrzeugs. Erfindungsgemäß umfasst diese Anordnung eine die Kupplung steuernde elektronische Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist, das Verfahren der vorstehend beschriebenen Art durchzuführen.

Ferner betrifft die Erfindung ein maschinenlesbares Informationsträgermedium mit darin gespeicherten Programmcodemitteln, welche dazu ausgelegt sind, bei Ausführung durch einen Rechner das Verfahren der vorstehend beschriebenen Art durchzuführen. Gleichermaßen erstreckt sich die Erfindung auf ein elektrisches oder/und elektromagnetisches Signal, welches Programmcodemittel repräsentiert, die dazu ausgelegt sind, bei Ausführung durch einen Rechner das Verfahren der vorstehend beschriebenen Art durchzuführen. Schließlich soll auch noch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln in den Umfang der Erfindung fallen, wobei die Programmcodemittel dazu ausgelegt sind, bei Ausführung durch einen Rechner das Verfahren der bevorstehend beschriebenen Art durchzuführen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. Es stellen dar:
1 schematisch Komponenten eines zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestalteten frontangetriebenen Kraftfahrzeugs,
2 eine schematische Blockdarstellung eines Regelmoduls zur Steuerung einer Sperrkupplung des Kraftfahrzeugs der 1,
3 ein Zustandsdiagramm einer in dem Regelmodul der 2 implementierten Zustandsmaschine,
4a und 4b Beispieldiagramme für die Geschwindigkeitsabhängigkeit von Schlupfschwellen,
5 ein Beispieldiagramm für die Abhängigkeit der Schlupfschwellen von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Fahrzeugquerbeschleunigung und
6 und 7 zwei Beispiele zur Veranschaulichung der Funktionsweise des Regelmoduls der 2.
Das in 1 schematisch dargestellte, allgemein mit 10 bezeichnete straßengängige Kraftfahrzeug ist ein Fahrzeug mit permanentem und ausschließlichem Vorder achsantrieb. Es umfasst einen mechanischen Antriebsstrang mit einem Antriebsmotor 12, von dem für den Vortrieb des Fahrzeugs nutzbares Motormoment bereitgestellt wird. Der Antriebsmotor 12 kann eine Brennkraftmaschine sein, alternativ aber auch ein elektromotorisches Antriebsaggregat oder eine Kombination von beidem sein. Dem Antriebsmotor 12 nachgeschaltet sind eine Schaltkupplung 14 sowie ein Drehzahlwechselgetriebe 16, von dem das Moment des Antriebsmotors 12 auf eine Antriebswelle 18 ausgegeben wird. Über ein Differential (Ausgleichsgetriebe) 20 wird das von der Antriebswelle 18 bereitgestellte Antriebsmoment auf eine rechte Achswelle 22 sowie eine linke Achswelle 24 aufgeteilt und über auf ein rechtes Vorderrad 26 sowie ein linkes Vorderrad 28 übertragen. Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Schaltkupplung 14 weggelassen sein und das Wechselgetriebe 16 als z.B. last- oder drehzahlabhängig schaltendes Automatikgetriebe ausgeführt sein.
Dem Vorderachsdifferential 20 ist ein Sperrkupplung 30 zugeordnet, welche zwischen eine der Achswellen 22, 24 und ein nicht näher dargestelltes Gehäuse des Differentials 20 oder zwischen beide Achswellen 22, 24 geschaltet sein kann. Die Sperrkupplung 30 ist mittels einer beispielweise elektromotorischen Stelleinheit 32 stufenlos zwischen einem vollständig geöffnetem Zustand und einem vollständig geschlossenen Zustand verstellbar. Je nach ihrem Schließgrad bewirkt die Sperrkupplung 30 eine mehr oder weniger starke Sperrung des Vorderachsdifferentials 20. Die Stelleinheit 32 wird von einer elektronischen Steuereinheit 34 gesteuert, welche hierzu auf einer Steuerleitung 36 ein beispielsweise elektrisches Steuersignal an die Stelleinheit 32 liefert. Die Stelleinheit 32 kann alternativ beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch steuerbar sein, wozu die Steuerleitung 36 entsprechend als Hydraulik- oder Pneumatikleitung ausgebildet sein wird.
Wenngleich das Fahrzeug in 1 als Fahrzeug mit reinem Frontantrieb dargestellt ist, versteht es sich, dass die Erfindung keineswegs hierauf beschränkt ist. Ganz im Gegenteil ist die Erfindung an jeder angetriebenen Achse eines straßengängigen Fahrzeugs anwendbar, wobei der Begriff der angetriebenen Achse im Rahmen der Erfindung eine permanent angetriebene Achse und auch eine bedarfsweise zuschaltbare Achse umfasst. Die bedarfsweise Zuschaltung einer Achse, sei es die Vorderachse oder sei es die Hinterachse, kann über eine zwischen den Achsen angeordnete steuerbare Verteilerkupplung erfolgen. Solche Konzepte mit Verteilerkupplung sind in der Fachwelt auch unter dem Begriff „On Demand" bekannt. Eine angetriebene Achse im Sinne der Erfindung ist auch eine, bei der die mit den Rädern der Achse verbundenen Achswellen über je eine steuerbare Kupplung an eine Antriebswelle des Fahrzeugs gekoppelt sind. Beispielsweise könnten bei der Ausführungsform der 1 das Differential 20 und die Sperrkupplung 30 durch zwei drehmomentübertragende Kupplungen ersetzt sein, die jeweils zwischen eine der Achswellen 22, 24 und die Antriebswelle 18 geschaltet sind.
Die Erfindung ist also nicht nur bei Fahrzeugen mit reinem Frontantrieb anwendbar, sondern z.B. auch bei Fahrzeugen mit reinem Heckantrieb, Fahrzeugen mit permanentem Allradantrieb (d.h. Vorder- und Hinterachse sind permanent angetrieben), Fahrzeugen mit primär angetriebener Vorderachse und bedarfsweise zuschaltbarer (sekundär angetriebener) Hinterachse und Fahrzeugen mit primär angetriebener Hinterachse und bedarfsweise zuschaltbarer Vorderachse.
Die Steuereinheit 34 enthält einen programmgesteuerten Mikroprozessor, welcher nach Maßgabe eines Steuerprogramms einen geeigneten Wert für das an die Stelleinheit 32 gelieferte Steuersignal ermittelt. Bei der Erzeugung des Steuersignals berücksichtigt die Steuereinheit 34 aktuelle Werte verschiedener Betriebsparameter des Fahrzeugs. Insbesondere berücksichtigt die Steuereinheit 34 die aktuelle Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs 10, die sie von einem Giergeschwindigkeitssensor 38 erhält. Ferner berücksichtigt die Steuereinheit 34 die aktuellen Drehzahlen der Vorderräder 26, 28. Diese Drehzahlen werden der Steuereinheit 34 von Drehzahlsensoren 40, 42 mitgeteilt. Darüber hinaus berücksichtigt die Steuereinheit 34 die aktuellen Drehzahlen zweier Hinterräder 44, 46 des Fahrzeugs 10, die von weiteren Drehzahlsensoren 48, 50 erfasst und an die Steuereinheit 34 übermittelt werden. Daneben kann die Steuereinheit 34 die von einem Querbeschleunigungssensor 52 erfasste Querbeschleunigung des Fahrzeugs 10 bei der Erzeugung des Steuersignals berücksichtigen sowie aktuell erfasste Werte weiterer Betriebsgrößen des Fahrzeugs wie z.B. der Längsbeschleunigung, der Stellung eines Leistungseinstellglieds (Fahrpedal, Drosselklappe) des Fahrzeugs, einer Gangstellung des Drehzahlwechselgetriebes 16, usw.
Der Signalverkehr zwischen der Steuereinheit 34 und den verschiedenen Sensoren sowie der Stelleinheit 32 kann zumindest teilweise über einen fahrzeuginternen Bus, beispielsweise einen CAN-Bus, abgewickelt werden.
Nachfolgend wird ein Regelkonzept für die Sperrkupplung 30 der 1 erläutert. Dieses Regelkonzept ist dem Prinzip nach bei jeder in einer angetriebenen Achse angeordneten Drehmomentübertragungskupplung anwendbar, gleichgültig ob diese Achse die einzige angetriebene Achse des Fahrzeugs ist oder nicht.
Der von der Steuereinheit 34 ausgeführte Regelalgorithmus umfasst ein in 2 schematisch durch einen Block 68 dargestelltes Regelmodul, welches aus einem zugeführten Eingangssignal x_e(t) in Abhängigkeit eines Schlupfes λ_μH oder einer Drehzahldifferenz Δn_μH ein Ausgangssignal x_a(t) erzeugt. Das Eingangssignal x_e(t) wird von nicht näher dargestellten, funktional vorgeschalteten Regelmitteln erzeugt. Diese können das Signal x_e(t) beispielsweise in Abhängigkeit der Abweichung einer Ist-Drehzahldifferenz zwischen den Vorderrädern 26, 28 von einer Soll-Drehzahldifferenz erzeugen. Der Schlupf λ_μH und die Drehzahldifferenz Δn_μH beziehen sich, soweit das Ausführungsbeispiel der 1 betroffen ist, auf dasjenige der Vorderräder 26, 28, dessen Kraftschlusspotential gegenüber dem Untergrund höher ist als beim anderen. Beide Größen λ_μH und Δn_μH sind ein Maß für den Schlupf des betreffenden Vorderrads, weswegen nicht nur die Größe λ_μH, die einen echten (prozentualen) Schlupf angibt, sondern auch die Größe Δn_μH, die eigentlich eine Drehzahldifferenz bezeichnet, als ein Schlupf im Sinne der Erfindung anzusehen sind.
Würde das Signal x_e(t) direkt von der Steuereinheit 34 ausgegeben und an die Stelleinheit 32 geliefert, könnte die Gefahr bestehen, dass bei einem zu hohen Wert des Signals x_e(t) die Sperrwirkung der Sperrkupplung 30 so stark ist, dass dasjenige der Vorderräder 26, 28 durchzudrehen beginnt, dem als Folge des Schließens der Sperrkupplung 30 zusätzliches Antriebsmoment zugeteilt wurde. Es können dann keine Seitenführungskräfte mehr an diesem Vorderrad übertragen werden, was zu einer instabilen Fahrsituation führen kann. Das Regelmodul 68 "filtert" das Eingangssignal. Es leitet das Ausgangssignal x_a(t) so aus dem Eingangssignal x_e(t) ab, dass es bei akzeptablen Schlupfverhältnissen an demjenigen der Vorderräder 26, 28, das ein höheres Kraftschlusspotential gegenüber dem Untergrund besitzt, unverändert oder zumindest im wesentlichen unverändert dem Eingangssignal entspricht. Bei zu hohem Schlupf des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials "entkoppelt" das Regelmodul 68 jedoch das Ausgangssignal x_a(t) vom aktuellen Wert des Eingangssignals, um einen weiteren Anstieg des Schlupfs zu verhindern und den Schlupf wieder abzusenken. Das Regelmodul 68 wirkt sozusagen als Begrenzer oder Minderer, wobei die Begrenzungs- oder Minderungsfunktion vom Schlupf des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials abhängt.
Zur Ermittlung des Schlupfs λ_μH bzw. der Drehzahldifferenz Δn_μH ermittelt die Steuereinheit 34, welches der Vorderräder 26, 28 momentan ein höheres Kraftschlusspotential gegenüber dem Untergrund besitzt. Hierzu berechnet sie eine Soll-Drehzahldifferenz Δn_{Soll_längs} in Längsrichtung gemäß folgender Formel:
In dieser Formel bezeichnen Ψ . die Gierrate, I den Radstand des Fahrzeugs, d.h., den Abstand zwischen Vorder- und Hinterachse, r_dyn den dynamischen Radhalbmesser der Räder, n₃ die Drehzahl (Drehgeschwindigkeit) des linken Hinterrads 44 und n₄ die Drehzahl des rechten Hinterrads 46. Die Gierrate wird hierbei positiv angenommen für Vorwärts-Kurvenfahrten im Gegenuhrzeigersinn, d.h. Linkskurven. Für Vorwärts-Kurvenfahrten im Uhrzeigersinn wird dagegen eine negative Gierrate angenommen. Die aus obiger Formel (1) ermittelte Drehzahldifferenz Δn_{Soll_längs} gibt eine theoretische Drehzahldifferenz zwischen einem Vorderrad und einem Hinterrad einer selben Fahrzeuglängsseite bei längskraftfreier Kurvenfahrt an. Es versteht sich, dass andere Methoden zur Ermittlung einer idealen (ideal bezogen auf den längskraftfreien Zustand) Drehzahldifferenz zwischen Vorder- und Hinterrad einer Fahrzeuglängsseite vorstellbar sind und verwendet werden können.
Die Steuereinheit 34 ermittelt daraufhin für beide Fahrzeuglängsseiten jeweils die Abweichung der Ist-Drehzahldifferenz zwischen Vorder- und Hinterrad der betreffenden Fahrzeuglängsseite von obiger Soll-Drehzahldifferenz Δn_{Soll_längs}. Es wird hier zur Vereinfachung dieselbe Soll-Drehzahldifferenz für beide Fahrzeuglängsseiten herangezogen. Dem liegt die Annahme zugrunde, dass im fahrtechnisch interessierenden Bereich die sich theoretisch aus einer gegebenen Gierrate und Fahrzeuggeschwindigkeit ergebende Längs-Drehzahldifferenz zwischen Vorder- und Hinterrad bei längskraftfreier Kurvenfahrt auf beiden Fahrzeuglängsseiten zumindest näherungsweise gleich ist. Die Ermittlung der Abweichung der Ist-Drehzahldifferenz zwischen Vorder- und Hinterrad jeder Fahrzeuglängsseite von der Soll-Drehzahldifferenz Δn_{Soll_längs} geschieht für den Fall des Fahrzeugs mit reinem Vorderachsantrieb nach folgenden Formeln: Δnlinks = n1 – n3 – ΔnSoll_längs (2) Δnrecht = n2 – n4 – ΔnSoll_längs (3)
In den Formeln (2) und (3) bezeichnen Δn_links und Δn_recht die Abweichung der Ist-Drehzahldifferenz zwischen linkem Vorderrad 28 und linkem Hinterrad 44 bzw. zwischen rechtem Vorderrad 26 und rechtem Hinterrad 46 von der Soll-Drehzahldifferenz Δn_{Soll_längs}. Die Indizes 1, 2, 3, 4 weisen dabei in dieser Reihenfolge auf das linke Vorderrad 28, das rechte Vorderrad 26, das linke Hinterrad 44 und das rechte Hinterrad 46 hin. n₁ bezeichnet dann die Drehzahl des linken Vorderrads 28, während n₂ die Drehzahl des rechten Vorderrads 26 bezeichnet.
Die Steuereinheit 34 vergleicht daraufhin die beiden so erhaltenen Abweichungen Δn_links und Δn_recht miteinander. Ist die Drehzahldifferenzabweichung Δn_links kleiner als die Abweichung Δn_recht, so legt sie das linke Vorderrad 28 als Vorderrad höheren Kraftschlusspotentials gegenüber dem Untergrund fest. Im umgekehrten Fall legt sie das rechte Vorderrad 26 als dasjenige höheren Kraftschlusspotentials fest.
Der Schlupf λ_μH des ermittelten Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials kann von der Steuereinheit 34 beispielsweise wie folgt berechnet werden:
In dieser Formel bezeichnen n_μH die gemessene Ist-Drehzahl des ermittelten Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials und n_ref eine Referenzdrehzahl. Die Referenzdrehzahl n_ref ist ein Maß für die Fahrzeuggeschwindigkeit. Sie kann beispielsweise auf Basis der gemessenen Drehzahl mindestens eines nicht angetriebenen, schlupffreien Rads hergeleitet werden. Im hier betrachteten Beispielfall eines Fahrzeugs mit reinem Vorderachsantrieb kann demnach die Referenzgeschwindigkeit auf Basis der Drehzahl mindestens eines der Hinterräder hergeleitet werden. Vorzugsweise nimmt die Steuereinheit 34 als Referenzdrehzahl n_ref die Ist-Drehzahl desjenigen Hinterrads, das sich auf derselben Fahrzeuglängsseite befindet wie das ermittelte Vorderrad höheren Kraftschlusspotentials.
Die Größe Δn_μH kann von der Steuereinheit 34 einfach als Differenz zwischen der Drehzahl n_μH und der Referenzdrehzahl n_ref ermittelt werden. Jede der beiden Größen, also der Schlupf λ_μH und die Drehzahldifferenz Δn_μH, kann dem Regelmodul 68 als Parameter zugeführt werden.
Das Regelmodul 68 repräsentiert eine Zustandsmaschine mit einer Mehrzahl von Zuständen und Zustandsübergängen. Im nachfolgend beschriebenen Beispielfall definiert die Zustandsmaschine insgesamt sechs Zustände, die in 3 durch Zahlen von 0 bis 5 gekennzeichnet sind. Die Pfeile in 3 stellen mögliche Übergänge zwischen den verschiedenen Zuständen dar.
Es werden nun die Zustände der in 3 gezeigten Zustandsmaschine erläutert. Der Zustand 0 ist ein Normalzustand, in dem das Regelmodul 68 das zugeführte Ein gangssignal x_e(t) nicht beeinflusst und das Ausgangssignal x_a(t) dementsprechend dem Eingangssignal entspricht. Wenn der Schlupf λ_μH oder die Drehzahldifferenz Δn_μH des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials eine erste Schlupfschwelle λ₁ bzw. Δn₁ (eigentlich bezeichnet Δn₁ keine Schlupfschwelle, sondern eine Drehzahldifferenzschwelle; der Einfachheit halber werden hier jedoch die Schwelle Δn₁ und auch noch weitere Schwellen Δn₂, Δn₃ als Schlupfschwellen bezeichnet) übersteigt, tritt das Regelmodul 68 in einen Zustand 1 ein, in dem es das Ausgangssignal x_a(t) auf dem Wert hält, den das Eingangssignal x_e(t) zum Zeitpunkt des Erreichens der ersten Schlupfschwelle hatte. Selbst wenn anschließend das Eingangssignal sich verändert, wird das Ausgangssignal auf diesem Haltewert gehalten. Die 4a und 4b zeigen beispielhafte Kennlinien der ersten Schlupfschwellen Δn₁, λ₁ in Abhängigkeit von der Referenzgeschwindigkeit n_ref. Man erkennt, dass die Schlupfschwelle Δn₁ mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit (die Referenzgeschwindigkeit n_ref ist ein Maß für die Fahrzeuggeschwindigkeit) ansteigt.
Wird im Anschluss an ein Überschreiten der ersten Schlupfschwelle Δn₁ bzw. λ₁ diese wieder unterschritten, geht das Regelmodul 68 entweder direkt in den Zustand 0 zurück, d.h. das Ausgangssignal x_a(t) folgt wieder dem Eingangssignal x_e(t), oder es wird zunächst ein Zustand 5 durchlaufen, von dem aus die Rückkehr in den Zustand 0 erfolgt. Der Zustand 5 wird an späterer Stelle noch näher erläutert. Er dient einer Angleichung des Ausgangssignals x_a(t) an das Eingangssignal x_e(t), falls zu dem Zeitpunkt, wenn der Schlupf λ_μH bzw. die Drehzahldifferenz Δn_μH des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials die erste Schlupfschwelle wieder nach unten durchstößt, eine Abweichung zwischen den aktuellen Werten des Ausgangssignals und des Eingangssignals des Regelmoduls 68 besteht.
Es kann sein, dass der Schlupf λ_μH bzw. die Drehzahldifferenz Δn_μH des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials nach Anstieg über die erste Schlupfschwelle auch noch über eine größere zweite Schlupfschwelle λ₂ bzw. Δn₂ (siehe 4a, 4b) hinaus ansteigt. Das Überschreiten der zweiten Schlupfschwelle Δn₂ bzw. λ₂ bewirkt einen Übergang der Zustandsmaschine vom Zustand 1 in einen Zustand 2. Es ist auch vorstellbar, dass der Schlupf λ_μH bzw. die Drehzahldifferenz Δn_μH des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials im Zustand 0 so rasch und plötzlich über die Schwelle λ₂ bzw. Δn₂ hinaus ansteigt, dass die Zustandsmaschine vom Zustand 0 direkt in den Zustand 2 übergeht (bei Verwendung zeitdiskreter Signale für die gemessenen Raddrehzahlen).
Im Zustand 2 wird das Ausgangssignal x_a(t) auf einen vorbestimmten ersten Wert herabgesetzt. Dieser erste Wert kann beispielsweise Null sein oder er kann ein betragsmäßig festgelegter, vergleichsweise kleiner Wert sein. Alternativ ist es möglich, den ersten Wert als einen vergleichsweise geringen prozentualen Anteil (beispielsweise 5% oder 10%) des letzten Werts des Ausgangssignals x_a(t) festzulegen. Alle diese Möglichkeiten sollen im Rahmen der Erfindung unter die Charakterisierung des ersten Werts als "vorbestimmt" fallen. Die Steuereinheit 34 speichert zugleich den letzten Wert des Ausgangssignals x_a(t), also den Wert, den das Ausgangssignal zum Zeitpunkt des Erreichens der zweiten Schlupfschwelle durch den Schlupf λ_μH bzw. die Drehzahldifferenz Δn_μH des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials hatte.
Im Zustand 2 erfolgt ferner eine Überwachung des Verlaufs von λ_μH bzw. Δn_μH auf das Auftreten eines lokalen Maximums. Erreicht der Schlupf λ_μH bzw. die Drehzahldifferenz Δn_μH ein solches lokales Maximum, tritt die Zustandsmaschine bei Erreichen des lokalen Maximums vom Zustand 2 in einen Zustand 3 ein, sofern nicht zuvor noch eine dritte Schlupfschwelle λ₃ bzw. Δn₃ überschritten wurde. Eine beispielhafte qualitative fahrzeuggeschwindigkeitsabhängige Kennlinie der dritten Schlupfschwelle ist ebenfalls in den 4a, 4b erkennbar. Wurde dagegen die dritte Schlupfschwelle λ₃ bzw. Δn₃ überschritten, bevor das lokale Maximum erreicht wurde, erfolgt der Übergang vom Zustand 2 in den Zustand 3 erst dann, wenn der Schlupf λ_μH bzw. die Drehzahldifferenz Δn_μH des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials z.B. wieder auf die dritte Schlupfschwelle abgesunken ist.
Im Zustand 3 wird das Ausgangssignal x_a(t) des Regelmoduls 68 von dem vorbestimmten ersten Wert auf einen vorbestimmten zweiten Wert heraufgesetzt, der einem vorbestimmten prozentualen Anteil des zuletzt gespeicherten Werts des Ausgangssignals x_a(t) entspricht. Der prozentuale Anteil liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 60% und 100%. Der zuletzt gespeicherte Wert des Ausgangssignals x_a(t) ist derjenige, der beim letztmaligen Eintritt in den Zustand 2 gespeichert wurde. Das Ausgangssignal wird auf dem vorbestimmten zweiten Wert solange gehalten, bis die Zustandsmaschine in einen anderen Zustand eintritt.
Im Zustand 3 wird ferner der Verlauf von λ_μH bzw. Δn_μH auf das Auftreten eines lokalen Minimums oberhalb der zweiten Schlupfschwelle überwacht. Tritt ein solches lokales Minimum auf, d.h. steigt der Schlupf λ_μH bzw. die Drehzahldifferenz Δn_μH des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials wieder an, erfolgt wieder ein Zustandsübergang in den Zustand 2. Der Übergang findet zu dem Zeitpunkt statt, an dem der Schlupf des Vorderrads höheren Reibwerts das lokale Minimum erreicht. Gleichzeitig wird der zuletzt geltende Wert des Ausgangssignals x_a(t) wieder gespeichert. Der Übergang in den Zustand 2 bewirkt, dass das Ausgangssignal auf den vorbestimmten ersten Wert zurückgesetzt wird.
Unterschreitet schließlich der Schlupf λ_μH bzw. die Drehzahldifferenz Δn_μH des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials wieder die zweite Schlupfschwelle λ₂ bzw. Δn₂, so tritt die Zustandsmaschine in einen Zustand 4 ein, in dem der im Zustand 3 gesetzte Wert des Ausgangssignals x_a(t) solange gehalten wird, wie sich der Schlupf λ_μH bzw. die Drehzahldifferenz Δn_μH des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials zwischen der ersten Schlupfschwelle und der zweiten Schlupfschwelle befindet. Wird die zweite Schlupfschwelle λ₂ bzw. Δn₂, wieder überschritten, erfolgt eine Rückkehr in den Zustand 2, und zwar wiederum unter Speicherung des zuletzt gültigen Werts des Ausgangssignals x_a(t). Fällt dagegen der Schlupf λ_μH bzw. die Drehzahldifferenz Δn_μH des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials unter die erste Schlupfschwelle λ₁ bzw. Δn₁ ab, kehrt die Zustandsmaschine vom Zustand 4 in den Zustand 0 zurück, und zwar entweder direkt oder über den Umweg des Zustands 5.
Wie weiter oben erwähnt, dient der Zustand 5 dazu, nach Unterschreiten der ersten Schlupfschwelle λ₁ bzw. Δn₁ eine Angleichung des Ausgangssignals x_a(t) an das Eingangssignal x_e(t) herbeizuführen. Wenn zum Zeitpunkt des Unterschreitens der ersten Schlupfschwelle das Eingangssignal x_e(t) einen größeren Wert als das Ausgangssignal x_a(t) aufweist, bewirkt der Zustand 5, dass das Ausgangssignal x_a(t) nach Maßgabe einer vorbestimmten Anstiegsfunktion auf den aktuellen Wert des Eingangssignals x_e(t) angehoben wird. Auf diese Weise kann ein sprungartiger Anstieg des der Stelleinheit 32 zugeführten Steuersignals vermieden werden. Die Anstiegsfunktion kann beispielsweise eine lineare Rampenfunktion sein, wobei nichtlineare Funktionen keineswegs ausgeschlossen sind. Es ist auch der Fall nicht auszuschließen, dass zum Zeitpunkt des Unterschreitens der ersten Schlupfschwelle das Eingangssignal x_e(t) einen kleineren Wert als das Ausgangssignal x_a(t) besitzt. Es kann dann die Steuereinheit 34 den Wert des Ausgangssignals nach Maßgabe einer vorbestimmten Abfallfunktion an den aktuellen Wert des Eingangssignals annähern oder die Regelhoheit direkt an die vorgeschalteten Regelmittel zurückgeben, so dass das niedrigere Eingangssignal unmittelbar übernommen wird.
Da nicht ausgeschlossen ist, dass nach Unterschreiten der ersten Schlupfschwelle λ₁ bzw. Δn₁ der Schlupf λ_μH bzw. die Drehzahldifferenz Δn_μH des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials wieder ansteigt, erfolgt auch im Zustand 5 eine Überwachung des Verlaufs von λ_μH bzw. Δn_μH, sodass bei erneutem Überschreiten der ersten Schlupfschwelle ein Übergang vom Zustand 5 in den Zustand 1 oder sogar direkt in den Zustand 2 (wenn nicht nur die erste, sondern auch die zweite Schlupfschwelle überschritten wird) möglich ist.
Die 6 und 7 zeigen qualitativ beispielhafte Verläufe der Drehzahldifferenz Δn_μH des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials und einen jeweils zugehörigen Verlauf des vom Regelmodul 68 ausgegebenen Ausgangssignals x_a(t). Außerdem sind in diesen Figuren unterhalb der Zeitachse des Ausgangssignals x_a(t) die jeweils von dem Regelmodul 68 eingenommenen Zustände angegeben.
Bei dem Beispiel gemäß 6 zeigt die durchgezogene Kurve der Drehzahldifferenz Δn_μH einen Fall an, bei dem ein lokales Schlupfmaximum zwischen der zweiten Schlupfschwelle Δn₂ und der dritten Schlupfstelle Δn₃ auftritt. Dementsprechend erfolgt zum Zeitpunkt des Auftretens dieses lokalen Schlupfmaximums ein Übergang vom Zustand 2 in den Zustand 3. Gestrichelt ist in 6 der alternative Fall angedeutet, dass die Drehzahldifferenz Δn_μH erst nach Überschreiten der dritten Schlupfstelle Δn₃ ihr Maximum erreicht und wieder umkehrt. Dementsprechend verharrt das Regelmodul 68 zunächst noch im Zustand 2, solange sich die Drehzahldifferenz Δn_μH oberhalb der dritten Schlupfschwelle Δn₃ befindet, und tritt erst dann in den Zustand 3 ein, wenn die dritte Schlupfschwelle unterschritten wird.
Strichpunktiert ist in 6 zudem die Variante eines rampenförmigen Anstiegs des Ausgangsignals x_a(t) durch Eintritt in den Zustand 5 dargestellt, nachdem die Drehzahldifferenz Δn_μH die erste Schlupfschwelle Δn₁ wieder unterschritten hat.
Das Beispiel der 7 zeigt einen Fall, bei dem die Drehzahldifferenz Δn_μH mehrere lokale Maxima und Minima durchläuft, bevor sie schließlich wieder unter die erste Schlupfschwelle Δn₁ fällt.
Es wurde bereits mit Bezug auf die 4a, 4b erwähnt, dass die Schlupfschwellen Δn₁, Δn₂, Δn₃ bzw. λ₁, λ₂, λ₃ fahrzeuggeschwindigkeitsabhängig gewählt werden können. Es ist jedoch nicht nur eine Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit möglich, sondern auch von einem oder mehreren weiteren Betriebsparametern des Fahrzeugs. Ein möglicher weiterer Einflussparameter für den Wert der Schlupfschwellen ist die vom Querbeschleunigungssensor 52 gemessene Querbeschleunigung des Fahrzeugs. 5 zeigt beispielhaft ein qualitatives Kennlinienfeld für die zweite Schlupfschwelle Δn₂ in Abhängigkeit von der Referenzdrehzahl n_ref und der mit a bezeichneten Fahrzeugquerbeschleunigung. Man erkennt, dass mit zunehmender Quer beschleunigung der Wert der zweiten Schlupfschwelle Δn₂ zunehmend kleiner wird. Entsprechendes kann für die erste Schlupfschwelle Δn₁ und die dritte Schlupfschwelle Δn₃ gelten. Das Absenken der Schlupfschwellen mit zunehmender Fahrzeugquerbeschleunigung ist zweckmäßig, weil eine höhere Querbeschleunigung eine höhere Seitenführungskapazität der Reifen erfordert und deshalb schon früh das dem Vorderrad höheren Kraftschlusspotentials zusätzlich zugeteilte Antriebsmoment begrenzt werden muss, um die Seitenführungskapazität dieses Vorderrads zu erhalten.
Alternativ oder zusätzlich können die Schlupfschwellen Δn₁, Δn₂, Δn₃ bzw. λ₁, λ₂, λ₃ abhängig von der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs oder vom Motormoment sein. Zur Messung der Längsbeschleunigung sind entsprechende Sensoren bekannt, das Motormoment kann beispielsweise aus der Stellung eines Fahrpedals oder einer Drosselklappe hergeleitet werden.
Wie weiter oben schon erwähnt, kann das vorstehend erläuterte Regelkonzept prinzipiell für beliebige Drehmomentübertragungskupplungen eingesetzt werden, die in einer angetriebenen Achse eines Fahrzeugs angeordnet sind. Im Fall der Steuerung einer in der Hinterachse eines Fahrzeugs mit reinem Hinterachsantrieb angeordneten Drehmomentübertragungskupplung können die vorstehenden Formeln (1), (2) und (3) geringfügig modifiziert übernommen werden. Es werden dann die linksseitige Drehzahldifferenzabweichung Δn_links als n₃ – n₁ + Δn_{Soll_längs} und die rechtsseitige Drehzahldifferenzabweichung Δn_recht als n₄ – n₂ + Δn_{Soll_längs} berechnet, wobei für die Soll-Drehzahldifferenz Δn_{Soll_längs} obige Formel (1) mit der Maßgabe herangezogen werden kann, statt der Hinterraddrehzahlen n₃, n₄ die Vorderraddrehzahlen n₁, n₂ zu nehmen. Ist Δn_links kleiner als Δn_rechts, ist das linke Hinterrad 44 dasjenige höheren Kraftschlusspotentials gegenüber dem Untergrund, ist dagegen Δn_links größer als Δn_recht, ist es das rechte Hinterrad 46. Der Schlupf λ_μH des ermittelten Hinterrads höheren Kraftschlusspotentials kann mit obiger Formel (4) ermittelt werden. Als Referenzdrehzahl n_ref nimmt die Steuereinheit 34 dann jedoch einen Wert, der auf einer Drehzahlmessung an mindestens einem der Vorderräder beruht. Insbesondere verwendet die Steuereinheit 34 als Referenzdrehzahl n_ref die Drehzahl desjenigen Vorderrads, das auf derselben Fahrzeuglängsseite wie das ermittelte Hinterrad höheren Kraftschlusspotentials liegt.
Im Fall eines zweiachsigen Fahrzeugs, bei dem beide Achsen angetrieben sind (entweder permanent über ein Zentraldifferential oder nach Zuschaltung einer Achse mittels einer Verteilerkupplung), kann es sein, dass ein Vergleich der Drehzahldifferenzabweichungen beider Fahrzeuglängsseiten alleine nicht ausreicht, um mit Sicher heit feststellen zu können, welches der Vorderräder oder/und welches der Hinterräder dasjenige höheren Kraftschlusspotentials ist. Zusätzlich kann deshalb eine ideale (Soll-) Drehzahldifferenz Δn_{Soll_quer} in Querrichtung berücksichtigt werden, die sich bei antriebskraftfreier Kurvenfahrt zwischen den Rädern derselben Achse einstellen sollte. Diese Soll-Drehzahldifferenz Δn_{Soll_quer} kann beispielsweise abhängig von der gemessenen Ist-Gierrate Ψ . und der Spurweite b des Fahrzeugs gemäß folgender Gleichung berechnet werden:
Mit obiger Konvention eines positiven Werts von Ψ . bei Vorwärts-Kurvenfahrten nach links und unter der Annahme, dass Δn_{Soll_quer} die Drehzahl des linken Vorder- oder Hinterrads abzüglich der Drehzahl des rechten Vorder- bzw. Hinterrads bezeichnet, ist Δn_{Soll_quer} negativ, wenn das Fahrzeug vorwärts eine Linkskurve durchfährt, und positiv bei Rechtskurven.
Im Fall der Steuerung einer Drehmomentübertragungskupplung, welche in der Vorderachse eines Fahrzeugs mit angetriebener Vorder- und Hinterachse angeordnet ist, können dann zur Ermittlung des Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials die linksseitige Drehzahldifferenzabweichung Δn_links als n₁ – n_ref – Δn_{Soll_längs} und die rechtsseitige Drehzahldifferenzabweichung Δn_recht als n₂ – n_ref – Δn_{Soll_längs} berechnet werden, wobei Δn_{Soll_längs} aus obiger Formel (1) mit der Maßgabe berechnet werden kann, den Nenner-Term (n₃ + n₄) durch 2 × n_ref zu ersetzen. Hinsichtlich n_ref kann auf in der Fachwelt einschlägig bekannte Methoden zur Ermittlung einer Referenzdrehzahl für allradgetriebene Fahrzeuge verwiesen werden. Nur beispielhaft sei hier auf die in DE 199 36 710 A1 und DE 195 27 531 A1 beschriebenen Methoden verwiesen. Zusätzlich wird eine vordere Quer-Drehzahldifferenz Δn₁₂ = n₁ – n₂ berechnet.
Dagegen können im Fall der Steuerung einer Drehmomentübertragungskupplung, welche in der Hinterachse eines allradgetriebenen Fahrzeugs angeordnet ist, zur Ermittlung des Hinterrads höheren Kraftschlusspotentials die linksseitige Drehzahldifferenzabweichung Δn_links als n₃ – n_ref + Δn_{Soll_längs} und die rechtsseitige Drehzahldifferenzabweichung Δn_rechts als n₄ – n_ref + Δn_{Soll_längs} berechnet werden. Δn_{Soll_längs} wird hier in gleicher Weise berechnet wie im obigen Fall einer in einer Vorderachse eines allradgetriebenen Fahrzeugs angeordneten Drehmomentübertragungskupplung. Außerdem wird eine hintere Quer-Drehzahldifferenz Δn₃₄ = n₃ – n₄ berechnet.
Durch Vergleich, ob Δn_links größer oder kleiner als Δn_recht ist und außerdem ob Δn₁₂ (bei Steuerung einer Vorderachskupplung) bzw. Δn₃₄ (bei Steuerung einer Hinterachskupplung) größer, kleiner oder gleich Δn_{Soll_quer} ist, kann dann im Zweiachs-Antriebsfall ermittelt werden, welches der Vorderräder höheres Kraftschlusspotential hat bzw. welches der Hinterräder höheres Kraftschlusspotential hat.
Die Schlupfberechnung des ermittelten Vorderrads höheren Kraftschlusspotentials bzw. des ermittelten Hinterrads höheren Kraftschlusspotentials kann daraufhin unter Verwendung der Referenzdrehzahl n_ref nach obiger Gleichung (4) erfolgen.

Claims

Verfahren zur Ermittlung einer Steuergröße zur Steuerung einer Drehmomentübertragungskupplung (30) in einer angetriebenen Achse eines Kraftfahrzeugs (10), dadurch gekennzeichnet, dass aus einem zugeführten Eingangssignal (x_e(t)) ein Ausgangssignal (x_a(t)) ermittelt wird und abhängig von diesem die Steuergröße hergeleitet wird, wobei zur Ermittlung des Ausgangssignals ein an der angetriebenen Achse angeordnetes Rad höheren Kraftschlusspotentials gegenüber dem Untergrund ermittelt wird und das Ausgangssignal (x_a(t)) abhängig von einem Schlupf (λ_μH, Δn_μH) dieses angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials aus dem Eingangssignal (x_e(t)) abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Anstieg des Schlupfs (λ_μH, Δn_μH) des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials über eine von Null verschiedene, vorbestimmte erste Schlupfschwelle (λ₁, Δn₁) das Ausgangssignal (x_a(t)) ab Erreichen der ersten Schlupfschwelle im wesentlichen gleich dem zum Zeitpunkt des Erreichens der ersten Schlupfschwelle vorliegenden Wert des Eingangssignals (x_e(t)) festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Anstieg des Schlupfs (λ_μH, Δn_μH) des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials über eine vorbestimmte zweite Schlupfschwelle (λ₂, Δn₂), welche größer als die erste Schlupfschwelle (λ₁, Δn₁) ist, das Ausgangssignal (x_a(t)) im wesentlichen ab Erreichen der zweiten Schlupfschwelle auf einen vorbestimmten ersten Wert herabgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach Anstieg des Schlupfs (λ_μH, Δn_μH) des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials über die zweite Schlupfschwelle (λ₂, Δn₂) der Schlupfverlauf auf das Auftreten eines lokalen Maximums überwacht wird und bei Auftreten eines lokalen Schlupfmaximums das Ausgangssignal (x_a(t)) im wesentlichen ab Erreichen des lokalen Schlupfmaximums von dem vorbestimmten ersten Wert auf einen vorbestimmten zweiten Wert heraufgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Anstieg des Schlupfs (λ_μH, Δn_μH) des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials über eine vorbestimmte dritte Schlupfschwelle (λ₃, Δn₃), welche größer als die zweite Schlupfschwelle (λ₂, Δn₂) ist, das Ausgangssignal (x_a(t)) im wesentlichen ab dem Zeitpunkt, an dem der Schlupf wieder auf die dritte Schlupfschwelle abgefallen ist, von dem vorbestimmten ersten Wert auf einen vorbestimmten zweiten Wert heraufgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach Anstieg des Schlupfs (λ_μH, Δn_μH) des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials über die zweite Schlupfschwelle (λ₂, Δn₂) der Schlupfverlauf auf das Auftreten eines lokalen Minimums überwacht wird und bei Auftreten eines lokalen Schlupfminimums das Ausgangssignal (x_a(t)) im wesentlichen ab Erreichen des lokalen Schlupfminimums von dem vorbestimmten zweiten Wert auf den vorbestimmten ersten Wert herabgesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Zeitpunkt des Erreichens der zweiten Schlupfschwelle (λ₂, Δn₂) oder/und der zum Zeitpunkt des Erreichens des lokalen Schlupfminimums vorliegende Wert des Ausgangssignals gespeichert wird und der vorbestimmte zweite Wert abhängig von dem zuletzt gespeicherten Ausgangssignalwert gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Abfall des Schlupfs (λ_μH, Δn_μH) des angetriebenen Rads höheren Kraftschlusspotentials unter die erste Schlupfschwelle (λ₁, Δn₁) das Ausgangssignal (x_a(t)) ab Erreichen der ersten Schlupfwelle mit einem vorbestimmten Anstiegs- oder Abfallverlauf an das Eingangssignal (x_e(t)) angeglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (λ₁, Δn₁) oder/und die zweite (λ₂, Δn₂) oder/und die dritte Schlupfschwelle (λ₃, Δn₃) abhängig von mindestens einem der folgenden Parameter gewählt werden: eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Fahrzeuglängsbeschleunigung, eine Fahrzeugquerbeschleunigung, ein von einem Antriebsmotor des Fahrzeugs bereitgestelltes Motormoment.
Anordnung zur Ermittlung einer Steuergröße zur Steuerung einer Drehmomentübertragungskupplung (30) in einer angetriebenen Achse eines Kraftfahrzeugs (10), gekennzeichnet durch eine die Kupplung steuernde elektronische Steuereinheit (34), welche dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
Maschinenlesbares Informationsträgermedium mit darin gespeicherten Programmcodemitteln, welche dazu ausgelegt sind, bei Ausführung durch einen Rechner das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
Elektrisches oder/und elektromagnetisches Signal, welches Programmcodemittel repräsentiert, die dazu ausgelegt sind, bei Ausführung durch einen Rechner das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, welche dazu ausgelegt sind, bei Ausführung durch einen Rechner das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.