DE102007012662A1 - Vehicle, has torque measuring device for measuring torque transmitted by output shafts of axle transmission, and control electronics for controlling opened condition and closed condition of coupling device depending on measured torques - Google Patents

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Abstract

The vehicle has a transmission i.e. axle transmission with a coupling device, which engages an opened condition and a closed condition. The transmission has two output shafts that transmit same torque when the coupling device is in the opened condition, and transmit different torques when the coupling device is in the closed condition. A torque measuring device measures the torque transmitted by the shafts of the transmission, and a control electronics controls the opened condition and closed condition of the coupling device depending on the measured torques.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The The present invention relates to a vehicle according to the preamble of claim 1.

Herkömmliche Achsgetriebe weisen ein Ausgleichsgetriebe auf, das stets ein Drehmomentgleichgewicht zwischen dem linken und dem rechten Antriebsrad herstellt. Liegen an den Antriebsrädern Fahrbahnverhältnisse mit unterschiedlichen Reibwerten vor („μ-Split"), so ist die übertragbare Antriebskraft des Fahrzeugs wegen des durch das Ausgleichsgetriebe bewirkten „Waagebalkeneffekts" auf den doppelten Wert der Vortriebskraft des Rades mit dem niedrigeren Reibwert begrenzt. Bei Antriebsmomentenüberschuss dreht dieses Rad dann durch.conventional Achsgetriebe have a differential gear, which is always a torque balance between the left and the right drive wheel manufactures. Lie Road conditions at the drive wheels with different coefficients of friction before ("μ-split"), so is the transferable driving force of Vehicle due to the caused by the differential "balance beam effect" on the double Value of the driving force of the wheel with the lower coefficient of friction limited. With drive torque surplus then turn this wheel over.

Seit vielen Jahrzehnten bekannt sind Fahrzeuge, bei denen das Achsdifferential zur Verbesserung des Vortriebs bei „μ-Split"-Bedingungen mechanisch gesperrt werden kann, so dass beide Abtriebswellen des Achsgetriebes mit derselben Drehzahl drehen. Bekannt sind ferner Verteiler- bzw. Achsgetriebe, bei denen im Drehmomentpfad zwischen den beiden Abtriebswellen eine Kupplungseinrichtung, z. B. eine Lamellenkupplung, angeordnet ist, die nicht nur ganz geöffnet oder ganz geschlossen, sondern auch teilweise geschlossen werden kann und die somit eine Einstellung eines „Differenzdrehmoments” zwischen den beiden Abtriebswellen ermöglicht.since Many decades are known vehicles in which the axle differential mechanically blocked to improve propulsion in "μ-split" conditions can, so that both output shafts of the transaxle with the same Turn the speed. Distributor or axle transmissions are also known, in which in the torque path between the two output shafts a Coupling device, for. B. a multi-plate clutch is arranged, not only completely open or completely closed, but also partially closed can and thus the setting of a "differential torque" between allows the two output shafts.

Eine exakte Regelung der „Ist-Drehmomentdifferenz" zwischen den beiden Abtriebswellen ist technisch schwierig. Bei herkömmlichen Anordnungen versucht man den Kupplungsdruck über die Stellung des Aktors der Kupplung zu regeln, da die Aktorstellung relativ leicht gemessen werden kann. Das tatsächlich von der Kupplung übertragbare Drehmoment hängt aber nicht nur von der Aktorstellung ab, sondern von einer Vielzahl weiterer Parameter, wie z. B. dem Verschleißzustand der Lamellenkupplung, der Öltemperatur etc., was die Regelung des Differenzdrehmoments letztlich relativ ungenau macht. Bei Verteilergetrieben, die in Allradfahrzeugen zur Drehmomentverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse eingesetzt werden, sind Regelabweichungen weit weniger sicherheitsrelevant als bei Achsgetrieben, welche die Drehmomentverteilung zwischen dem linkem und dem rechten Antriebsrad einer Achse regeln, da die Drehmomentverteilung zwischen linker und rechter Seite unmittelbaren Einfluss auf die Gierrate des Fahrzeugs und somit auf dessen Fahrstabilität hat.A exact regulation of the "actual torque difference" between the two Output shafts is technically difficult. Tried in conventional arrangements you over the clutch pressure to regulate the position of the actuator of the clutch, as the Aktorstellung can be measured relatively easily. The actually transferable from the clutch Torque hangs but not only from the actor position, but from a variety additional parameters, such. B. the state of wear of the multi-plate clutch, the oil temperature etc., what the regulation of the differential torque ultimately relative makes inaccurate. In transfer cases, in four-wheel vehicles for torque distribution are used between the front and rear axles, deviations are far less safety-relevant than axle drives, which the torque distribution between the left and right drive wheels of an axle, because the torque distribution between left and right side immediate Influence on the yaw rate of the vehicle and thus on its driving stability.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fahrzeug mit einem Getriebe, insbesondere einem Achsgetriebe zu schaffen, das eine möglichst exakte Regelung der Differenz der von den Getriebeabtriebswellen übertragenen Drehmomente ermöglicht.task The invention is a vehicle with a transmission, in particular to create a final drive, the most accurate possible Difference of the transmitted torque from the transmission output shafts allows.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.These The object is solved by the features of claim 1. advantageous Refinements and developments of the invention are the dependent claims remove.

Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einem Getriebe, insbesondere einem Achsgetriebe, das einen Getriebeeingang aufweist, eine erste und eine zweite Abtriebswelle, die, im Falle eines Achsgetriebes, auf gegenüberliegenden Seiten des Achsgetriebes angeordnet sind, und ein Ausgleichsgetriebe, das eine Relativdrehung der beiden Abtriebswellen ermöglicht. Das Getriebe weist ferner mindestens eine „Kupplungseinrichtung" auf. Der Begriff „Kupplungseinrichtung" ist äußerst zu verstehen und umfasst prinzipiell alle „Einrichtungen", die eine Drehkopplung zweier unter Relativschlupf drehender Komponenten ermöglichen, insbesondere Lamellenkupplungen. Die Kupplungseinrichtung kann wahlweise einen geöffneten Zustand, einen ganz geschlossenen Zustand oder einen teilweise geschlossenen Zustand einnehmen. Im geöffneten Zustand sind die beiden Abtriebswellen völlig drehentkoppelt voneinander und übertragen exakt dasselbe Drehmoment. Im geschlossenen Zustand sind die beiden Abtriebswellen fest miteinander gekoppelt, d. h. sie drehen mit derselben Drehzahl und übertragen in der Regel nicht exakt dasselbe, sondern in Abhängigkeit vom Eingangsdrehmoment des Getriebes, den Reibwerten an den Antriebsrädern und dem Lenkzustand des Fahrzeugs unterschiedlich große Drehmomente. Im teilweise geschlossenen Zustand stellt sich zwischen den Abtriebswellen eine Relativdrehzahl und eine Drehmomentdifferenz ein. Zur Regelung des Öffnungs- bzw. Schließzustandes der Kupplungseinrichtung ist eine Regelungselektronik vorgesehen.starting point The invention relates to a vehicle with a transmission, in particular an axle transmission, which has a transmission input, a first and a second output shaft which, in the case of a transaxle, on opposite Sides of the transaxle are arranged, and a differential gear, which allows a relative rotation of the two output shafts. The transmission also has at least one "clutch device." The term "clutch device" is extremely important understand and basically includes all "facilities" that a rotary coupling allow two components to rotate under relative slip, in particular multi-plate clutches. The coupling device can optionally an open one Condition, a completely closed condition or a partially closed condition Take state. In the open Condition, the two output shafts are completely dreenktkoppelt from each other and transfer exactly the same torque. When closed, the two output shafts firmly coupled with each other, d. H. they turn at the same speed and transfer usually not exactly the same, but depending on Input torque of the gearbox, the coefficients of friction on the drive wheels and the steering state of the vehicle different sized torques. in the partially closed state arises between the output shafts a relative speed and a torque difference. For regulation of the opening or closed state the coupling device is provided a control electronics.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den Öffnungs- bzw. Schließzustandes der Kupplungseinrichtung auf der Basis mindestens eines gemessenen Drehmoments zu regeln. Hierzu ist mindestens eine Drehmomentmesseinrichtung vorgesehen, mittels der während des Betriebs des Getriebes ein von einer „Getriebekomponente" übertragenes Drehmoment gemessen wird, das mit dem tatsächlichen Öffnungs- bzw. Schließzustandes der Kupplungseinrichtung eindeutig in einem funktionalen Zusammenhang steht. Vorzugsweise wird das von einer Welle des Getriebes bzw. das von einer Abtriebswelle des Getriebes übertragene Drehmoment gemessen und zwar mindestens an einer Welle.Of the The basic idea of the invention is the opening or closing state the coupling device on the basis of at least one measured To regulate torque. For this purpose, at least one torque measuring device provided by means of during the operation of the transmission measured by a "transmission component" transmitted torque with the actual opening or closed state the coupling device clearly in a functional context stands. Preferably, that of a shaft of the transmission or measured the transmitted torque from an output shaft of the transmission at least on one shaft.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Drehmomentsensor vorgesehen, der die Drehmomentdifferenz der von den beiden Abtriebswellen übertragenen Drehmomente misst. Diese Drehmomentdifferenz kann un mittelbar an einer das Differenzmoment übertragenden Komponente des Getriebes gemessen werden.To A development of the invention provides a torque sensor, the torque difference transmitted by the two output shafts Torque measures. This torque difference can un indirectly one transmitting the differential moment Component of the transmission to be measured.

Alternativ dazu können auch zwei Drehmomentsensoren vorgesehen sein, von denen der eine das Abtriebsmoment der einen Abtriebswelle und der andere das Abtriebsmoment der anderen Abtriebswelle misst. Aus den beiden Drehmomentsignalen kann dann durch eine Elektronik das für die Ansteuerung des Kupplungsaktors benötigte Differenzmomentsignal gebildet werden.alternative can do this also two torque sensors may be provided, one of which is the Output torque of an output shaft and the other the output torque the other output shaft measures. From the two torque signals can then by an electronics for the activation of the clutch actuator required differential torque signal be formed.

Ganz gleich, in welcher Weise das bzw. die Drehmomente gemessen werden und an welchen Bauteilen des Getriebes der bzw. die Drehmomentsensoren angeordnet sind, kann der Öffnungs- bzw. Schließzustand der Kupplungseinrichtung durch die unmittelbare Drehmomentmessung wesentlich exakter geregelt werden als mit herkömmlichen Methoden, bei denen ein oder mehrere Parameter gemessen werden, die mit dem „Ist-Öffnungs- bzw. Schließzustand" der Kupplungseinrichtung zwar korrelieren, nicht aber in einem eindeutigen funktionalen Zusammenhang stehen.All No matter in which way the torque or torques are measured and on which components of the transmission of the or the torque sensors can be arranged, the opening or closed state the coupling device by the direct torque measurement be controlled much more precisely than with conventional methods in which one or more parameters measured with the "actual opening or closed state "of the coupling device while correlating, but not in a clear functional context stand.

Insbesondere wenn die erfindungsgemäße Anordnung ein Teilsystem eines Fahrstabilitätssystems ist, ist es unter Sicherheitsaspekten von großer Bedeutung, die Differenz der von den beiden Abtriebswellen übertragenen Drehmomente möglichst exakt und nicht nur näherungsweise zu kennen. Ein „Kupplungseingriff" in einem Achsgetriebe, durch den man die Drehmomentverteilung zwischen einem linken und einem rechten Antriebsrad des Fahrzeugs regelt, hat insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten unmittelbaren Einfluss auf die Gierrate des Fahrzeugs und somit auf dessen Fahrstabilität. In die Regelstrategie der Kupplungsaktuatorik können neben dem mindestens einen gemessenen Drehmomentsignal natürlich auch noch andere Fahrzustandsparameter eingehen, wie z. B. die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Fahrzeuglängsbeschleunigung, die Fahrzeugquerbeschleunigung, die Gierrate des Fahrzeugs, die durch einen Gierratensensor gemessen werden kann, etc.Especially when the inventive arrangement is a subsystem of a driving stability system, it is under Safety aspects of great importance, the difference between the transmitted torque from the two output shafts as accurately as possible and not just approximately to know. A "clutch engagement" in a transaxle, by the torque distribution between a left and a right drive wheel of the vehicle controls, in particular at higher Speeds directly affect the yaw rate of the vehicle and thus on its driving stability. In the control strategy of Clutch actuators can of course, in addition to the at least one measured torque signal still other driving condition parameters enter, such. B. the vehicle speed and the vehicle longitudinal acceleration, the vehicle lateral acceleration, the yaw rate of the vehicle, the can be measured by a yaw rate sensor, etc.

Als Betätigungseinrichtungen für die Kupplungseinrichtung kommen unterschiedliche Systeme in Betracht. Denkbar ist beispielsweise eine Bestätigungseinrichtung bestehend aus einem Elektromotor und einer Kugel-/Rampenanordnung, die eine Drehbewegung des Elektromotors in eine Verschiebe- bzw. Axialbewegung einer Kupplungsdruckplatte und somit in eine Kupplungsschließkraft umsetzt. Alternativ dazu kann die Kupplungseinrichtung auch elektrohydraulisch betätigt werden, d. h. basierend auf einem elektrohydraulisch erzeugten Fluiddruck und einer auf die Kupplungsdruckplatte wirkenden Kolben-/Zylinderanordnung. Denkbar ist auch eine elektromagnetische Kupplungsbetätigung, wobei die Schließkraft der Kupplung elektromagnetisch erzeugt wird.When actuators for the Coupling device come different systems into consideration. It is conceivable, for example, a confirmation device consisting from an electric motor and a ball / ramp arrangement comprising a Rotary movement of the electric motor in a sliding or axial movement a clutch pressure plate and thus converts into a clutch closing force. Alternatively, the coupling device may also be electrohydraulic actuated be, d. H. based on an electrohydraulically generated fluid pressure and a piston / cylinder arrangement acting on the clutch pressure plate. Also conceivable is an electromagnetic clutch actuation, being the closing force the coupling is generated electromagnetically.

Zur Messung des bzw. der Drehmomente gibt es ebenfalls eine Vielzahl in Betracht kommender Messprinzipien. Denkbar ist beispielsweise die Verwendung von Drehmomentsensoren, die auf dem magnetostriktiven Messprinzip basieren oder die Verwendung von sogenannten „SAW-Sensoren" (wobei „SAW" für Surface Acoustic Waves steht), die hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt sind.to Measurement of the torque or there are also a variety in consideration of measuring principles. It is conceivable, for example the use of torque sensors on the magnetostrictive Principle or the use of so-called "SAW sensors" (where "SAW" for Surface Acoustic Waves), which is sufficient are known in the art.

Der bzw. die Sensoren können auf einer Welle im Inneren des Getriebes oder im Bereich der Schulter der Abtriebswelle bzw. der Abtriebswellen angeordnet sein. Transmitterplatinen, wie sie bei SAW-Sensoren verwendet werden, können in bzw. an einem Lager und somit geschützt angeordnet werden. Die zugeordnete Auswerteelektronik kann an das Lager angesteckt werden.Of the or the sensors can on a shaft inside the gearbox or in the area of the shoulder be arranged the output shaft or the output shafts. Transmitter boards as used with SAW sensors, can be stored in or on a warehouse and thus protected to be ordered. The assigned evaluation electronics can be connected to the Bearings are infected.

Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:in the The invention will be explained in more detail in connection with the drawing. It demonstrate:

1 ein schematisiert dargestelltes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung mit einem Differenzmomentensensor; und 1 a schematically illustrated embodiment according to the invention with a difference torque sensor; and

2 ein Ausführungsbeispiel mit zwei separaten Drehmomentsensoren. 2 an embodiment with two separate torque sensors.

1 zeigt das Grundprinzip eines Regelkreises gemäß der Erfindung. Mittels eines Differenzdrehmomentensensors wird unmittelbar die Drehmomentdifferenz der beiden Abtriebswellen eines hier nicht näher dargestellten Achsgetriebes gemessen. Aus dem gemessenen Differenzmoment und einem vorgegeben Soll-Differenzmoment ΔMsoll wird die Regelabweichung ermittelt. Ein Regler FR bildet hieraus ein Stellsignal zur Ansteuerung einer Regelstrecke, die z. B. durch einen Elektromotor, eine Kugel-/Rampenanordnung und eine Lamellenkupplung gebildet sein kann. 1 shows the basic principle of a control loop according to the invention. By means of a differential torque sensor, the torque difference of the two output shafts of a transaxle not shown here is measured directly. The control deviation is determined from the measured differential torque and a predetermined desired differential torque ΔM soll . A controller FR forms from this a control signal for controlling a controlled system, the z. B. may be formed by an electric motor, a ball / ramp assembly and a multi-plate clutch.

2 zeigt eine Variante des Ausführungsbeispiels der 1. Im Unterschied zu 1 sind hier zwei separate Drehmomentsensoren vorgesehen, wobei der eine Drehmomentsensor das Abtriebsmoment der rechten Abtriebswelle und der andere Drehmomentsensor das Abtriebsmoment der linken Abtriebswelle misst und eine Elektronik FM hieraus das Differenzdrehmoment bildet. Im Übrigen gelten die obigen Erläuterungen. 2 shows a variant of the embodiment of 1 , In contrast to 1 Here, two separate torque sensors are provided, wherein the one torque sensor measures the output torque of the right output shaft and the other torque sensor measures the output torque of the left output shaft and electronics F M therefrom forms the differential torque. For the rest, the above explanations apply.

Claims (3)

Fahrzeug mit einem Getriebe, insbesondere einem Achsgetriebe, das insbesondere folgende Komponenten aufweist: – einen Getriebeeingang, – eine erste und eine zweite Abtriebswelle, – ein Ausgleichsgetriebe, das eine Relativdrehung der beiden Abtriebswellen ermöglicht, – eine Kupplungseinrichtung, die einen geöffneten Zustand einnehmen kann, in dem die von den Abtriebswellen übertragenen Drehmomente im Wesentlichen gleich groß sind und einen teilweise oder ganz geschlossenen Zustand, in dem die von den Abtriebswellen übertragenen Drehmomente unterschiedlich groß sein können, und – eine Regelungselektronik, welche den Öffnungs- bzw. Schließzustand der Kupplungseinrichtung regelt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehmomentmesseinrichtung vorgesehen ist, mittels der ein von einer Komponente des Getriebes übertragenes Drehmoment gemessen wird, wobei die Regelungselektronik den Öffnungs- bzw. Schließzustand der Kupplungseinrichtung in Abhängigkeit von dem gemessenen Drehmoment regelt.Vehicle with a transmission, in particular an axle drive, which in particular comprises the following components: - a transmission input, - a first and a second output shaft, - a differential gear, the relative rotation allows the two output shafts, - a coupling device which can assume an open state in which the transmitted torque from the output shafts are substantially equal and a partially or fully closed state in which the transmitted torque from the output shafts can be different sizes, and - a control electronics, which regulates the opening or closing state of the clutch device, characterized in that a torque measuring device is provided, by means of which a torque transmitted from a component of the transmission is measured, wherein the control electronics the opening or closing state of the clutch device in Depends on the measured torque controls. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentmesseinrichtung dazu vorgesehen ist, das Differenzmoment der von den beiden Abtriebswellen übertragenen Drehmomente zu messen.Vehicle according to claim 1, characterized in that that the torque measuring device is provided to the differential torque the transmitted from the two output shafts torques measure up. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Drehmomentsensor vorgesehen ist, mittels dem das von der ersten Abtriebswelle übertragene Drehmoment gemessen wird und ein zweiter Drehmomentsensor, mittels dem das von der zweiten Abtriebswelle übertragene Drehmoment gemessen, wobei aus den beiden gemessenen Drehmomentsignalen mittels eines Rechners ein Differenzdrehmomentsignal gebildet wird, das der Regelungselektronik zugeführt wird.Vehicle according to claim 1, characterized in that a first torque sensor is provided by means of which the transmitted from the first output shaft Torque is measured and a second torque sensor, by means of measured the torque transmitted from the second output shaft, wherein from the two measured torque signals by means of a Calculator a differential torque signal is formed, the control electronics supplied becomes.
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