DE3505455A1 - Vorrichtung zum automatischen zu- und abschalten von antriebselementen eines kraftfahrzeuges - Google Patents

Vorrichtung zum automatischen zu- und abschalten von antriebselementen eines kraftfahrzeuges

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Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 16 195/4
Stuttgart-Untertürkheim EPT zl-mk
15. Februar 1985
Vorrichtung zum automatischen Zu- und Abschalten von Antriebselementen eines Kraftfahrzeuges
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum automatischen Zu- und Abschalten von Antriebskomponenten eines Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff des Patentanspruches
Eine derartige Vorrichtung ist in der DE-OS 32 25 459 beschrieben. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird automatisch für eine bestimmte Zeit von Zweiradantrieb auf Vierradantrieb umgeschaltet, wenn die Differenz von einem aus den Raddrehzahlen errechneten "tatsächlichen Rutschmaß" und einem dem Lenkwinkel zugeordneten "theoretischen Rutschmaß" einen vorbestimmten Pegel überschreitet. In engen Kurven, also bei großem "theoretischem Rutschmaß" wird dabei mit Zweiradantrieb gefahren, um das sogenannte "Engeckenbremsen" zu vermeiden. Bei diesen Maßnahmen handelt es sich um einfache Schritte, die für einen praktischen Fahrbetrieb nicht ausreichen und für deren alleinige Verwirklichung eine solche Vorrichtung zu teuer erscheint. Gerade in sengen Kurven kann ein Allradantrieb von besonderem Vorteil sein, gerade hier aber wird er bei der bekannten Vorrichtung ausgeschaltet.
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'40-
Es kann auch zu Fehlinterpretationen führen, das "theoretische Rutschmaß11 allein aus dem Lenkwinkel abzuleiten, denn es ist durchaus möglich, daß das Fahrzeug mit eingeschlagenen Rädern geradeaus rutscht bzw. mit geradegestellten Rädern um eine Kurve driftet. Außerdem ist es nicht möglich, bei der bekannten Vorrichtung die Schwellwerte für die Zuschaltung des Vierradantriebs so niedrig zu wählen, daß unnötige Zuschaltungen vermieden werden können, da die durch unterschiedliche wirksame Raddurchmesser infolge unterschiedlichen Reifendruckes, unterschiedlicher Profilabnutzung, Laständerungen usw. hervorgerufenen Toleranzen berücksichtigt werden müssen.
Der Vorteil eines Allradantriebes gegenüber einem Zweiradantrieb ist, daß er die Traktion verbessert und die Fahr-Stabilität erhöht. Aber sowohl bei Zweirad- als auch bei Allradantrieb merkt der Fahrer erst an der physikalischen Haftgrenze,daß die Stabilitätsgrenze überschritten wird. Für eine Korrektur ist es dann aber in den meisten Fällen zu spät.
Die Zuschaltung vorhandener Allradkomponenten (Antrieb einer weiteren Achse, Sperren von Verteiler- bzw. Ausgleichsgetrieben) ist auch beim Anfahren vom Stand, beim Durchdrehen (Beschleunigen) der angetriebenen Räder bzw. ganz allgemein dann von Vorteil, wenn das Bewegungsverhalten des Fahrzeuges die Stabilitätsgrenze zu überschreiten droht.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum automatischen Zu- und Abschalten von Antriebskomponenten eines Kraftfahrzeuges zu schaffen, welche in der Lage ist,
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■Μ-
in den genannten Fällen mit möglichst geringen Toleranzwerten bzw. -bereichen die Schaltsignale zu erzeugen und die Zu- bzw. Abschaltungen durchzuführen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 genannten Merkmale gelöst.
Um maximale Traktion beim Anfahren zu erreichen, ist der Allradantrieb (Zusehaltung aller antreibbaren Achsen) unterhalb eines hysteresebehafteten Geschwindigkeits-Grenzwertes immer eingeschaltet. Die Ausschaltung erfolgt beim Überschreiten des oberen Geschwindigkeits-Grenzwertes, sofern die Radbeschleunigung einer angetriebenen Achse kleiner ist als ein vorgegebener Grenzwert.
Sinkt die Fahrgeschwindigkeit unter den unteren Geschwindigkeits-Grenzwert, wird der Allradantrieb wieder zugeschaltet, um für eine mögliche nachfolgende Beschleunigungsphase die volle Traktion zu gewährleisten.
Im folgenden beziehen sich die Ausführungen auf Eahrzeuge mit Hinterachsantrieb und zuschaltbarem Vorderachsantrieb sowie mit sperrbarem Zentral-, Hinterachs - und Vorderachsdifferential.
Während der Fahrt kann die Zuschaltung der genannten Allradkomponenten u.a. erfolgen, wenn der momentane Schlupfwert einen vorgegebenen Schlupfgrenzwert überschreitet. Hierbei ist zwischen Zugschlupf (Radumfangsgeschwindigkeit der angetriebenen Räder größer als die Fahrgeschwindigkeit) und Schubschlupf zu unterscheiden.
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Der momentane Schlupfwert wird in bekannter Weise aus den Raddrehzahlen ermittelt, während der Schlupf-Grenzwert zur Vermeidung der oben genannten Fehlinterpretationen nicht vom Lenkradwinkel als Eingangsgröße abgeleitet wird, wie später noch näher ausgeführt wird, sondern der Fahrgeschwindigkeit und beim Zurückschalten zusätzlich der Drehzahldifferenz der Vorderräder zugeordnet wird.
Die Zuschaltung der Allradkomponenten kann erfindungsgemäß auch erfolgen, wenn oberhalb eines zweiten Geschwindigkeitsgrenzwertes eine das Bewegungsverhalten des Fahrzeuges charakterisierende Größe mit einem dem Lenkwinkel und der Fahrgeschwindigkeit zugeordneten Wert oder Wertebereich nicht übereinstimmt. Dies ist beispielsweise dann von Bedeutung, wenn das Fahrzeug ohne Längsbeschleunigung in eine Enger werdende Kurve fährt. Hier kann der Fahrer vom ausbrechenden Heck des Fahrzeuges überrascht werden, da der Schlupf-Grenzwert noch nicht überschritten sein muß. Das Lenkwinkelkriterium stellt unter diesen Bedingungen zuverlässig den kritischen Zustand fest.
Um die Grenzwerte und Toleranzbereiche möglichst genau bzw. eng festlegen zu können, ist es von Vorteil, eine adaptiv arbeitende Anpassungselektronik vorzusehen, welche die Elektronikeinheit bezüglich unterschiedlicher Raddurchmesser und des für Geradeauslauf geltenden Lenkwinkels justiert.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und Zeichnung eines nachfolgenden Ausführungsbeispiels zu entnehmen.
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In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 den schematischen mechanischen Aufbau des Allradantriebes und der Elekronikeinheit,
Figur 2 eine schematische Darstellung der Aufbereitung der Meßwerte,
Figur 3 ein Diagramm der verschiedenen Schlupfgrenzwerte,
Figur 4 ein Diagramm der lenkwinkelabhangigen Grenzwertkurve und
Figur 5 ein Funktionsdiagramm der Vorrichtung nach Art eines Flußdiagramms.
In Figur 1 ist der schematische mechanische Aufbau des Allradantriebes, auf welchen sich das Ausführungsbeispiel bezieht, dargestellt. Die in einer Brennkraftmaschine 1 erzeugte Antriebskraft wird über ein Getriebe 2 und ein sperrbares Ausgleichsgetriebe (Hinterachsdifferential 3) auf die Hinterräder 4 und 5 übertragen. Die Antriebskraft kann über ein sperrbares Verteilergetriebe (Zentraldifferential 6) auch auf ein weiteres sperrbares Ausgleichsgetriebe (Vorderachsdifferential 7) und damit auf die gelenkten Vorderräder 8 und 9 übertragen werden. An den Vorderrädern und an der Gelenkwelle des Hinteraehsdifferentials sind Drehzahlsensoren 10, 11 und 12 angeordnet, welche bereits vorhanden sind, wenn das Fahrzeug mit einem Antiblockiersystem ausgerüstet ist. Außerdem ist noch ein
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Lenkwinkelgeber 13 vorgesehen, welcher den Drehwinkel des nicht dargestellten Lenkrades sensiert. Die Signale der Drehzahlsensoren 10, 11 und 12 und des Lenkwinkelgebers 13 werden einer Elektronikeinheit 14 zugeführt, welche auch das Signal des an sich bekannten Bremslichtschalters 15 des Fahrzeuges erhält. Die Elektronikeinheit 14 verarbeitet diese Signale zu Ansteuersignalen für die Zuschaltung des Zentraldifferentials 6, der Zentraldifferentialsperre 6a, der Hinterachsdifferentialsperre 3a und der Vorderachsdifferentialsperre 7a. Die jeweiligen Schaltzustände werden in einer Anzeigeeinheit 16 am Armaturenbrett des Fahrzeuges angezeigt.
In Figur..2iist schematisch die Aufbereitung der benötigten Meßwerte aus den Signalen η.;. n^n^^ der drei Drehzahl-
sensoren und des Lenkwinkelgebers dargestellt. Die vier Signale durchlaufen zuerst eine adaptiv arbeitende Anpassungselektronik 17, welche sowohl einen Abgleich zwischen den Rädern der Vorderachse und Hinterachse als auch zwischen linker und rechter Vorderraddrehzahl sowie einen Nullpunktabgleich des Lenkwinkelgebers vornimmt. Die Zuschältgrenzen und noch mehr die Abschaltgrenzen der Allradsteuerung sollen, um eine wirksame Vorrichtung zu schaffen, möglichst eng gesetzt sein. Betrachtet man die konstruktionsmäßig bedingte mechanische Ungenauigkeit des Drehzahlsensors 12 an der Gelenkwelle des Hinterachsdifferentials 3 und addiert den evtl. unterschiedlichen Abnutzungsgrad und Luftdruck der Räder, wobei noch unterschiedliche Reifen aufgezogen oder Schneeketten angelegt sein können, so ist die Summe dieser Toleranzen mit Sicherheit größer, als es die Schaltgrenzen einer sinnvollen Allradsteuerung zulassen. Eine Adaption auf den Istzustand bei Geradeausfahrt ist dann von großem Vorteil.
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Die Anpassung wird immer vorgenommen, wenn die Fahrgeschwindigkeit einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet, ebenso die Fahrzeugbeschleunigung, wenn der Lenkwinkel nur innerhalb eines festgelegten Winkelbereiches variiert und wenn alle zuschaltbaren Antriebe und Sperren abgeschaltet sind und die Bremse nicht betätigt wird. Unter diesen Voraussetzungen wird angenommen, daß das Fahrzeug geradeaus fährt und der momentane Fahrschlupf Null ist. Der Verstärkungsfaktor der ermittelten Hinterraddrehzahl nL wird dann mit einer bestimmten Justiergeschwindigkeit so nachgeführt, daß auch der berechnete Schlupf gegen Null konvergiert. Nach der gleichen Methode wird die Drehzahl nR des rechten Vorderrades gegen die Drehzahl n. des linken Vorderrades abgeglichen, bis keine Drehzahldifferenz mehr auftritt und wird der Lenkwinkelnullpunkt festgelegt. Beim Parken des Fahrzeuges werden die zuletzt gültigen Werte gespeichert.
An den Ausgängen der Anpassungselektronik 17 erscheinen die korrigierten Werte LW, NL, NR und NH. In einer Differenzstufe 18 wird die Differenz DLR der Vorderraddrehzahlen NL und NR gebildet.
In einem Schlupfrechner 19 wird aus den Werten NL, NR und NH der Schlupf DK der Hinterräder gegenüber den Vorderrädern nach der Formel
DK - NH - NL/2 - NR/2 +NH ! f (DLR) (1)
ermittelt. Der Korrekturwert f (DLR) , die sogenannte "Ackermann-Korrektur", entsteht aus der Abweichung der mittleren Vorderraddrehzahl zur Hinterraddrehzahl als Ergebnis einer Kurvenfahrt, wobei die Vorderräder einen
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größeren Weg zurücklegen als die Hinterräder. Er läßt sich als eindeutig geschwindigkeitsunabhängige Funktion von DLR darstellen. Die Werte £ (DLR) als Funktion von DLR sind in einem Speicher enthalten. Der Schlupfwert DK ist eine vorzeichenrichtige Geschwindigkeitsdifferenz.
Ist beispielsweise die später definierte Schaltstufe 2 (Antrieb der weiteren Achse und Zentraldifferentialsperre zugeschaltet) geschaltet, so ist der Schlupf nach Formel 1 nur noch über den Anteil f (DLR) von Null verschieden. Dies stellt sich dann ein, wenn beim Anfahren im Schnee oder Sand die Räder einseitig oder kreuzweise durchdrehen. In diesem Fall wird, wenn der Schlupfgrenzwert überschritten wird, Schaltstufe 3 (zusätzlich Hinterachsdifferentialsperre) zugeschaltet.
Das Vorzeichen DKFV dieser Größe wird getrennt herausgeführt, da daraus ersichtlich ist, ob es sich um Zugschlupf oder um Schubschlupf handelt. Der Schlupfwert DK wird über ein erstes Zeitfilter F geführt. Dieses Filter hat eine festgelegte erste Zeitkonstante. Der gefilterte Schlupf wird mit DKF bezeichnet. Der Schlupfwert DK wird parallel dazu über ein zweites Zeitfilter FA mit einer zweiten, größeren Zeitkonstante geführt und danach mit DKFA bezeichnet.
Die Fahrgeschwindigkeit wird von dem langsamer drehenden Vorderrad abgeleitet. Dieses wird in einer Auswahlschaltung 20 ermittelt. Die Fahrgeschwindigkeit VF wird der Umfangsgeschwindigkeit dieses Rades gleichgesetzt.
Die Fahrzeugbeschleunigung wird aus der mittleren Drehzahl der Vorderräder hergeleitet. In einer Rechenschaltung 21 wird der Term (NL + NR)/2 gebildet.
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Dai'm Ϊ6 Ί95/4
"β Τ '
Über eine Differenzierstufe 22 und ein Filter F geleitet, entsteht daraus die gefilterte Fahrzeugbeschleunigung DNVF.
Ein weiteres Zuschaltkriterium wird aus der Korrelation zwischen dem Lenkwinkel LW und der Links-Rechts-Abweichung DLR der Vorderräder abgeleitet. Aus. diesen beiden Größen wird nach der Formel
DLW = LW * c ' k (ν) - DLR (2)
die vorzeichenrichtige Differenzgröße DLW in einem Eenkwinkelrechner 23 gebildet, welche in diesem Ausführungsbeispiel als eine das Bewegungsverhalten des Fahrzeuges charakterisierende Größe angesehen wird. An ihre Stelle können beispielsweise auch die Querbeschleunigung oder die Gierwinkelbeschleunigung des Fahrzeuges treten.
In der obigen Formel bedeuten:
LW ... den Lenkwinkel, der unmittelbar an der Lenksäule abgegriffen wird,
c einen physikalischen Umwandlungsfaktor
von c* Lenkwinkel pro Prozent Drehzahldifferenz der Vorderräder, abhängig von der Lenkübersetzung,
k (v) einen "dynamischen", von der Fahrgeschwindigkeit abhängigen Korrekturwert.
Die Werte c und k (v) sind wieder in einem Speicher enthalten. Dieses Lenkwink-elkriterium spricht unanhängig vom Schlupfkriterium an und erfasst auch Fälle, in denen Schlupf
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zu spät oder überhaupt nieht auftritt. Neben dem bereits erwähnten Fall , wenn das Fahrzeug ohne Längsbeschleunigung in eine immer enger werdende Kurve einfährt, erfasst dieses Kriterium beispielsweise auch Gegenlenkbewegungen in schnell durchfahrenen Kurven usw. Die errechnete Größe DLW wird ebenfalls über ein Zeitfilter geführt und dann mit DLWF bezeichnet.
Schließlich wird noch vom Bremslichtschalter ein Bremssignal BR abgegriffen, wobei bei einem Bremsvorgang BR=1 gilt.
Die genannten gemessenen und errechneten Größen Fahrzeuggeschwindigkeit und -beschleunigung, Schlupf und Bewegungsverhalten werden in der Elektronikeinheit 14 mit festgelegten Grenzwerten bzw. Grenzkurven verglichen, bei deren Über- oder Unterschreiten Zu- oder Abschaltungen der Allradantriebskomponenten erfolgen. Diese Zuschaltungen erfolgen in bestimmter Reihenfolge von Schaltstufe zu Schaltstufe.
Dabei bedeuten:
Schaltstufe 0: normaler Hinterradantrieb,
Schaltstufe 1: Schaltstufe 0 und zusätzlich
Vorderradantrieb (Zentraldifferential) ,
Schaltstufe 2: Schaltstufe 1 und zusätzlich Zentraldifferentialsperre,
Schaltstufe 3: Schaltstufe 2 und zusätzlich Hinter-
ächsdifferentialsperre,
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Schaltstufe 4: Schaltstufe 3 und zusätzliche Vorderachsdifferentialsperre .
Die Grenzwerte bzw. GEenzkurven für die Zu- oder Abschaltung der Allradantriebskomponenten werden im folgenden definiert.
Anfahren:
Beim Anfahren aus dem Fahrzeugstillstand bis zum Überschreiten eines ersten Geschwindigkeitsgrenzwertes, beispielsweise VF= 20 km/h, und ab dem Unterschreiten eines zweiten, niedrigeren Geschwindigkeitsgrenzwertes, beispielsweise VF=IO km/h, ist die Schaltstufe 1 zugeschaltet. Realisiert wird eine solche Schaltung durch einen Komparator mit Schalthysterese. Die digitale Bedingung VF=O bedeutet, daß die Fahrgeschwindigkeit den ersten Grenzwert nicht überschritten oder den zweiten Grenzwert unterschritten hat und daß Schaltstufe 1 zugeschaltet ist. Dagegen bedeutet VF=I, daß Schaltstufe 1 abgeschaltet ist, sofern keine andere Bedingung eine Zuschaltung aufrechthält.
Beschleunigung;
Als Fahrzeugbeschleunigung wird, wie bereits erwähnt, die aus der mittleren Vorderraddrehzahl differenzierte und gefilterte Größe DNVF herangezogen und mit einem Schwellwert,
2
beispielsweise 1 m/s verglichen.
Hier bedeutet die digitale Bedingung DNVF=O, daß die Schältstufe 1 abgeschaltet ist, sofern keine andere Zuschaltbedingung vorliegt und DNVF=I bedeutet, daß der Grenzwert überschritten und Schaltstufe 1 zugeschaltet ist.
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Schlupf:
Hier muß zwischen Zugschlupf und Schubschlupf unterschieden werden. In diesem Ausführungsbeispiel seien folgende Festlegungen getroffen:
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es ist ein später definierter Grenzwert DKMAX = f (VF) festgelegt, wobei
a) eine Schaltstufe (höchstens Schaltstufe 2) zugeschaltet wird, wenn der gefilterte Schubschlupfwert DKF diesen Grenzwert überschreitet. Die digitale Bedingung sei: (DKF^ DKMAX)
DKF =1 Grenzwert überschritten
DKFV= 1 ... Vorzeichen negativ (Schubschlupf)
und wieder abgeschaltet wird, wenn diese Bedingung entfällt,
b) die Schaltstufe 1 bis 4 nacheinander zugeschaltet werden, wenn der gefilterte Zugschlupfwert DKF diesen Grenzwert überschreitet.
Die digitale Bedingung sei: (DKF^DKMAX) 30
DKF =1 ... Grenzwert überschritten
DKFV= 0 Vorzeichen positiv (Zugschlupf)
c) die Schaltstufen 4 bis 1 nacheinander abgeschaltet werden, wenn der über das zweite Zeitfilter geführte Zugschlupfwert DKFA den zusätzlich von DLR
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abhängigen Grenzwert unterschreitet. Die digitale Bedingung sei:
DKFA = O (DKFA< DKMAX (DLR) )
d) zur momentanen Schaltstellung zwei weitere Schaltstufen schnell zugeschaltet werden, sofern möglich, wenn der ungefilterte Schlupfwert DK den doppelten Grenzwert 2 DKMAX überschreitet, und wieder abgeschaltet werden, wenn diese Bedingung entfällt,
Die digitale Bedingung sei:
ZO DK = 1 ... doppelter Grenzwert Überschriften
DK = 0 ... doppelter Grenzwert unterschritten.
Der Schlupfgrenzwert DKMAX ist fahrgeschwindigkeitsabhängig und hat für mittlere Fahrgeschwindigkeiten einen niedrigen Wert, der sowohl nach niedrigeren als auch nach höheren Fahrgeschwindigkeiten ansteigt. Für die digitale Verarbeitung ist diese Kurve gestuft. Sie ist in Figur 3 als dick ausgezogene Kurve A in einem Diagramm dargestellt, auf dessen Abszisse die Fahrgeschwindigkeit und auf dessen Ordinate der Betrag des Grenzwertes aufgetragen ist. Die Kurve A bildet den Grenzwert für die oben getroffenen Festlegungen a und b. Für den Fall d gilt die strichpunktiert gezeichnete Kurve D, welche die zweifachen Werte der Kurve A aufweist.
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Der Schlupfgrenzwert für das Abschalten der einzelnen Schaltstufen bei Zugschlupf nach Festlegung c ist zusätzlich zur Fahrgeschwindigkeit auch von der Links-Rechts-Abweichung der Vorderräder abhängig. In diesem Ausführungsbeispiel ist dies, wie folgt, festgelegt:
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Links-Rechts-Abweichung
DLR* 8 % 4 % < DLR* 8 % 8 % < DLR
Rückschaltgrenzwert
0,5 · DKMAX 0,7 · DKMAX 1,0 ' DKMAX
Daraus ist ersichtlich, daß bei einer Links-Rechts-Abweichung von mehr als 8 % der Rückschaltgrenzwert der Kurve A in Figur 3, also dem Hochschaltgrenzwert, entspricht. Bei
einer Abweichung zwischen 4 % und 8 % werden die Werte der Kurve A auf das 0,7 fache reduziert. Diese Kurve ist in Figur 3 gestrichelt dargestellt und mit B bezeichnet. Schließlich werden bei einer Abweichung von 4 % oder weniger die Werte der Kurve A auf die Hälfte reduziert. Diese Kurve
ist punktiert dargestellt und mit G bezeichnet.
Bewegungsverhalten:
Der Grenzwert DLWFMAX, mit welchem die das Bewegungsverhalten des Fahrzeuges charakterisierende Größe DLWF verglichen wird, ist als Kurve in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit VF festgelegt und in Figur 4 dargestellt. Daraus ist ersichtlich, daß unterhalb einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit, beispielsweise 25 km/h, dieses "Lenkwinkelkriterium" nicht anspricht, da der Grenzwert DLWFMAX unendlich hoch ist und daß der Grenzwert mit steigender Fahrgeschwindigkeit immer kleiner wird.
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Die digitale Bedingung sei:
DLWF =1 ... DLWF^DLWFMAX
DLWF = 0 ... DLWF ^. DLWFMAX
DLWF = 1 bedeutet, daß der Grenzwert DLWFMAX überschritten ist. In diesem Fall wird lediglich Schaltstufe 1 zugeschaltet, sofern dies nicht bereits der Fall ist.
Weiterhin ist festgelegt, daß nach Erreichen einer Schaltstufe für eine bestimmte Stabilisierungszeit dieser Zustand aufrechterhalten bleibt, um die Reaktion abwarten zu können. Entsprechend ist erst eine bestimmte Haltezeit nach Wegfall einer Bedingung bzw. nach Auftreten eiaer Rückschaltbedingung abzuwarten, die ein Mehrfaches der Stabilisierungszeit betragen kann, bevor in eine niedrigere Schaltstufe zurückgeschaltet wird. Die Stabilisierungs- und Haltezeiten ikönnen untereinander verschieden sein.
Keine Haltezeit wird bei der Schnellzuschaltung im Fall DK = 1 angewendet, bei welcher nach Wegfall der Bedingung und nach Ablauf der Stabilisierungszeit sofort wieder um die zugeschalteten Stufen zurückgeschaltet wird.
Es wird auch keine Haltezeit abgewartet, wenn ein Bremssignal auftritt. In diesem Fall (BR = 1) wird aus allen Zuständen nach Schaltstufe 0 zurückgeschaltet, wenn die Fahrgeschwindigkeit eberhalb des zweiten Geschwindigkeitsgrenzwertes der Anfahrbedingung liegt (VF =1). Liegt sie unterhalb dieses Wertes (VF = 0), so wird nach Stufe 1 zurückgeschaltet.
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Somit kann gesagt werden, daß in diesem Ausführungsbeispiel die Anfahrbedingung (VF = 0) vor der Bremsbedingung (BR =1) und diese wiederum vor allen anderen Kriterien rangieren.
Infolge der Zuschaltung einer Schaltstufe, insbesondere der Schaltstufe 1, anschließendem Wegfall der Schaltbedingung und folgender Rückschaltungen uss;W. können sich als unangenehm empfundene Pendelschaltungen ergeben. Dies ist beispielsweise bei Paßfahrten möglich.
Um solche Pendelschaltungen zu vermeiden, ist eine Speichereinrichtung vorgesehen, welche eine Verlängerung der Haltezeit bewirkt, wenn innerhalb einer festgelegten Zeitspanne nach Abschalten einer Schaltstufe eine erneute Zuschaltung erfolgt. Periodische Zu- und Abschaltungen im Bereich von mehreren Sekunden werden vom Fahrer nicht mehr als zyklisch empfunden. Insbesondere können bei solchen Sehaltzeiten Wegunebenheiten und periodisches Zuschalten kaum voneinander unterschieden werden.
In Figur 5 sind schematisch ein-Funktions- und ein Flußdiagramm ineinander gezeichnet. Links sind die einzelnen Schaltstufen 0 bis 4 gekennzeichnet; diese Zustände erstrecken sich horizontal den gestrichelten Linien entlang über die gesamte Breite der Figur. Die einzelnen vertikalen, nach oben oder unten gerichteten Pfeile versinnbildlichen Zu- oder Abschaltungen von bzw. zu den Schaltstufen, an welchen sie beginnen oder enden (Pfeilspitze) . Horizontale durchgezogene Linien bedeuten ein Verharren in der entsprechenden Schaltstufe. Die jeweiligen Bedingungen für eine Zustandsänderung bzw. für ein Verbleiben in einem bestimmten Zustand sind
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in Kästchen, durch welche die Wirkrichtungspfeile bzw. -linien führen, eingetragen. Je nachdem, ob diese Kästchen nach oben, nach rechts oder nach unten spitz zulaufen, handelt es sich bei den eingetragenen Bedinungen um Zuschaltbedingungen, Haltebedingungen oder Rückschaltbedingungen.
Die öfter wiederkehrenden, mit Z bezeichneten Kästchen bedeuten Stabilisierungszeiten, die unabhängig von Bedingungen eingehalten werden. Die mit H.bezeichneten Kästchen bedeuten Haltezeiten. Für Rückschaltungen, die nach Wegfall der Haltebedingung erfolgen, sind Rückschaltbedingungen nicht eingetragen. Diese.ergeben sich durch Invertieren der Haltebedingungen. Rückschaltungen erfolgen dann, wenn keine Haltebedingungen mehr vorliegen. Müssen mehrere Bedingungen gleichzeitig erfülllt sein, so ist dies durch die Boolesche Verknüpfung A im Kästehen dargestellt. Alle anderen Bedingungen je Kästchen sind "ODER" verknüpft.
Der Startpunkt für das Funktionsdiagramm liegt auf der Linie der Schaltstufe 0 und ist mit A bezeichnet. Weitere Erläuterungen zu diesem Funktionsdiagramm sind an sich nicht erforderlich, sie würden lediglich Wiederholungen
*Q des bereits Gesagten enthalten. Der Funktions- und Schaltablauf der Vorrichtung wird deshalb anschließend in Tabellenform wiedergegeben, wodurch ein schneller Überblick ermöglicht wird. Da beim Hochschalten generell Stabilisierungszeiten Z"eingehalten werden, sind diese in der Tabelle nicht berücksichtigt.
30
Vh-
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10
15 20
Zuschaltung
von -^ nach		 -» 1 Schaltbedingung = 0
= 1
= t
= 1		 Bemerkung
0 -*· 2 VF
DNVF
DKF
DLWF		 = 1 Anfahrkriterium
Beschleunigung
Schub- oder Zugschlupf
Lenkwinkelkriterium
1 -* 3 DKF 1A DKFV=O Sdiub- oder Zugschlupf
2 -> 4 DKF= 1A DKFV=O Zugschlupf
3 -» 2 DKF= = 1 Zugschlupf
0 -» 3
-> 4
-> 4		 DK A DKFV=O Schnellzuschaltung
Schub- oder Zugschlupf
2
3		 DK= 1 Schnellzuschaltung
nur bei Zugschlupf
35
/ 28
Daim 16 195/4
10
15 20 25
Halten des
Zustandes		 Haltebedingung Bemerkung
1 VF =0
DNVF = 1
DKFA= 1 Λ DKFV=O
DLWF - 1
DKF=IADKFV=I		 Anfahrkriterium
Beschleunigung
Zugschlupf
Lenkwinkelkriterium
Schubschlupf
2 DK = 1
DKFA=1ADKFV=0
DKF=I Λ DKFV=I		 Schnellzuschaltung
Zugschlupf
Schubschlupf
3 DK = 1
DKFA = 1		 Schnellzuschaltung
(Zugschlupf)
Zugschlupf
4 DK = 1
DKFA = 1		 Schnellzuschaltung
(Zugschlupf)
Zugschlupf
35
/29
3 - 2§ - - 0 =θA DKFV=! Daim 1 6 195/4
2 -Ig- = 0 = 0 3505455
1 Schaltbedingung «0 Λ DKFV=O = 0 Bemerkung
DKFA =0 A DKFV=I Zugschlupf
Rückschaltung
von -^ nach		 0 DKFA = 1 = 0 Zugschlupf
4 -> DKFA= = 0 wenn vorher Zugschlupf
3 ->. DKF = DKFA=O>\DKFV.*=O wenn vorher Schubschlupf
2 -> VF = DKF = Anfahrkriterium
DNVF DLWF 1 A VF = 1 Beschleunigung
1 -9> 0 DK Zugschlupf
Schubschlupf
1 DK Lenkerinke lkr iterium
2 DK=O, 1 AVF - 0 Schnellzuschaltung
3 DK=O, (Zug- oder Schub
schlupf}
2 -J> 0 Schnellzuschaltung
0 BR = Haltezeit (Zugschlupf)
3 -> 0 H
4 -=> 0 H
4 -> 1 H
4 -^ 1 BR = H Abschaltung
3 -> 1
2 -> beim Bremsen
1 ->
4 ->
3 ->
2 ->
rH
J
2*4 -
3|4 -
-
-
/30
- 50 - Daim 16 195/4
Die genannten Schaltfolgen mit oder ohne Stabilisierungsbzw. Haltezeiten gelten lediglich für das beschriebene Ausführungsbeispiel. Es liegt im Rahmen der,Erfindung, mit den einzelnen Schaltstufen die Antriebskomponenten auch in anderer Reihenfolge zu schalten.
Für die Anzeige der einzelnen Schaltzustände ist in diesem Beispiel für jede Schaltstufe eine Anzeigelampe vorgesehen, die während des Schaltzustandes oder für eine bestimmte Dauer ab der Zuschaltung eingeschaltet ist. Aus der Anzahl der eingeschalteten Lampen und damit Schaltstufen kann der Fahrer Rückschlüsse auf Fahrbahnbeschaffenheit in Verbindung mit seiner Fahrweise ziehen.
Letztlich wäre auch denkbar, allein die Elektronikeinheit mit Anzeige bei Fahrzeugen mit Antiblockiervorrichtung (wegen der vorhandenen Radsensoren), die keine Allradkomponenten aufweisen, anzuwenden und als Indikator für den Fahrzustand des Fahrzeuges bzw. der Fahrbahn einzusetzen.
Zuletzt sei noch angemerkt, daß die Vorrichtung mit einer Sicherheitsüberwachungseinrichtung ausgestattet ist, wie sie ähnlich vom Antiblockiersystem bekannt ist, die in einer Initialprüfung beim Einschalten des Gerätes die Funktion der einzelnen Komponenten und der gesamten Schaltung überprüft. Ebenso werden die'Sensoren und anderen Geber sowie Endstufen u.s.w. laufend überprüft, auftretende Fehler über die Anzeigelampen gemeldet und die gesamte Vorrichtung erforderlichenfalls abgeschaltet.
- Leerseite -

Claims (1)

  1. Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 16 195/4
    Stuttgart-Untertürkheim EPT zl-mk
    15. Februar 1985
    Patentansprüche
    10
    Vorrichtung zum automatischen Zu- und Abschalten von Antriebskomponenten eines Kraftfahrzeuges mit einer angetriebenen Achse, insbesondere des Antriebes wenigstens einer weiteren Achse und/oder von Sperren für Verteiler- bzw. Ausgleichsgetriebe, mit Sensoren für die Drehzahlen der Räder und/oder der Getriebeantriebsachsen und für den Lenkwinkel des Fahrzeuges und mit einer Elektronikeinheit, welche ein Schaltsignal erzeugt, wenn ein den Raddrehzahlen zugeordneter Wert einen dem Lenkwinkel zugeordneten Grenzwert überschreitet,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronikeinheit den weiteren Antrieb und/ oder die Sperren einzeln oder gleichzeitig oder in bestimmter Reihenfolge zeitlich versetzt zuschaltet, wenn
    a) die Fahrgeschwindigkeit einen ersten Geschwindigkeitsgrenzwert nicht überschritten oder einen zweiten, niedrigeren Geschwindigkeitsgrenzwert Unterschriften hat und/oder
    b) die Beschleunigung der Räder einer angetriebenen Achse oder des Fahrzeuges ober-
    Daim 16 195/4
    -ζ-
    halb eines Beschleunigungs-Grenzwertes liegt, und/oder
    c) der momentane Zug- oder Schubschlupfwert oberhalb eines der Fahrgeschwindigkeit zugeordneten Schlupfgrenzwertes liegt, und/oder
    d) eine das Bewegungsverhalten des Fahrzeuges charakterisierende Größe oberhalb eines Wertes oder außerhalb eines Wertebereiches liegt, welcher dem Lenkwinkel und/oder der Fahrgeschwindigkeit zugeordnet ist,
    und abgeschaltet, wenn
    e) die Fahrgeschwindigkeit den ersten Geschwindigkeitsgrenzwert überschritten und den zweiten Geschwindigkeitsgrenzwert nicht unterschritten hat und/oder
    f) die Beschleunigung der Räder der angetriebenen Achse oder des Fahrzeuges unterhalb des Beschleunigungs-Grenzwertes liegt, und/oder
    g) der momentane Zug- oder Schubschlupfwert unterhalb des der Fahrgeschwindigkeit oder eines der Fahrgeschwindigkeit und der Drehzahldifferenz der gelenkten Räder zugeordneten Schlupfgrenzwertes liegt, und/oder
    h) die das Bewegungsverhalten des Fahrzeuges
    charakterisierende Größe unterhalb des Wertes
    Daim
    oder innerhalb des Wertebereiches liegt,
    welcher dem Lenkwinkel und/oder der Fahrge- „-
    schwindigkeit zugeordnet ist, oder
    i) bei einer Fahrgeschwindigkeit oberhalb des Fahrgeschwindigkeits-Grenzwertes die Betriebsbremse betätigt wird,
    und daß eine adaptiv arbeitende Anpassungselektronik vorgesehen ist, welche die Elektronikeinheit bezüglich unterschiedlicher Raddurchmesser und des für Geradeauslauf geltenden Lenkwinkels justiert.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß in einer ersten Schaltstufe der Antrieb für die \
    weitere Achse zugeschaltet ist.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß in einer zweiten Schaltstufe der Antrieb für die weitere Achse und die Sperre des Zentralverteilergetriebes zugeschaltet sind.
    4. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß in einer dritten Schaltstufe der Antrieb für die weitere Achse, die Sperre des Zentralverteilergetriebes und die Sperre für das Ausgleichsgetriebe der nicht gelenkten Achse zugeschaltet sind.
    . *■
    /5
    Daim 16 195/4
    5. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß in einer vierten Schaltstufe der Antrieb für die weiteren Achsen, die Sperre des Zentralverteilergetriebes, die Sperre für das Ausgleichsgetriebe der nicht gelenkten Achse und die Sperre für das Ausgleichesgetriebe der gelenkten Achse zugeschaltet sind.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der momentane Schlupfwert aus der Summe der vorzeichenrichtigen Differenz zwischen der mittleren Drehzahl der Räder der angetriebenen Achse und der mittleren Drehzahl der Räder oder der Drehzahl des langsameren Rades einer nicht angetriebenen Achse und eines Korrekturwertes besteht.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die das Bewegungsverhalten des Fahrzeuges charakterisierende Größe näherungsweise eine Bezugsgröße der Raddrehzahlen der Räder einer Achse oder der mittleren Raddrehzahlen der Räder zweier Achsen ist.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die das Bewegungsverhalten des Fahrzeuges charakterisierende Größe näherungsweise der befahrene Kurvenradius bzw. die Bahnkrümmung ist.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die das Bewegungsverhalten des Fahrzeuges scharakterisierende Größe näherungsweise die der Fahrgeschwindigkeit zugeordnete Gierwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeuges ist.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die das Bewegungsverhalten des Fahrzeuges charakterisierende Größe näherungsweise die der Fahrgeschwindigkeit zugeordnete Querbeschleunigung des Fahrzeuges ist.
    11. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß wenigstens einer der momentanen Meßwerte über ein erstes Zeitfilter mit einer bestimmten ZeiJtkonstante geführt ist.
    12. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der momentanen Meßwerte über ein zweites Zeitfilter mit einer bestimmten Zeitkonstante, die größer ist als die des ersten Zeitfilters, geführt ist.
    13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Schaltstufen zugeschaltet wird, wenn ein über das zugeordnete erste Zeitfilter geführter momentaner Meßwert den zugeordneten Grenzwert überschreitet oder den zugeordneten Wertebereich verläßt.
    " Daim 16 195/4
    14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der zugeschalteten Schaltstufen abge schaltet wird, wenn ein über das zugeordnete zweite Zeit filter geführter momentaner Meßwert den zugeordneten Grenzwert unterschreitet oder in den zugeordneten Wertebereich eintritt.
    15. Vorrichtung nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß eine höhere Schaltstufe erst nach Verstreichen einer festgelegten Stabilisierungszeit nach Eintritt der Zuschaltbedingung oder nach Erreichen einer Schaltstufe zuschaltbar ist.
    16. Vorrichtung nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet, daß eine niedrigere Schaltstufe erst nach Verstreichen einer festgelegten Haltezeit nach Eintritt der Abschaltbedingung schaltbar ist.
    17. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der dem Lenkwinkel zugeordnete Wertebereich einen Toleranzbereich und die Differenz des mit einem von der Lenkübersetzung um der Fahrgeschwindigkeit abhängigen Faktor bewerteten Lenkwinkels und der diesem Lenkwinkel zugeordneten geometrischen Differenz der Drehzahlen der Räder der gelenkten Achse entspricht.
    18. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß von der adaptiv arbeitenden Anpassungselektronik die
    Daim 16 195/4
    mittleren Drehzahlen zwischen den Rädern der angetriebenen und der gelenkten Achse so abgeglichen werden, daß der berechnete Schlupfwert gegen Null konvergiert.
    19. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß von der adaptiv arbeitenden Anpassungselektronik die Drehzahlen der Räder der gelenkten Achse so abgeglichen werden, daß die Drehzahldifferenz gegen Null konvergiert.
    20. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß von der adaptiv arbeitenden Anpassungselektronik der Lenkwinkel so abgeglichen wird, daß er bei Geradeausfahrt gegen Null konvergiert.
    21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Abgleich mit einer bestimmten Justiergeschwindigkeit nur dann erfolgt, wenn
    a) die Fahrgeschwindigkeit innerhalb eines bestimmten Wertebereichs liegt,
    b) die Fahrzeugbeschleunigung unterhalb eines bestimmten Grenzwertes liegt,
    c) der Lenkwinkel nur innerhalb eines festgelegten Winkelbereiches variiert und
    d) alle zuschaltbaren Antriebe und Sperren abgeschaltet sind und die Bremse nicht betätigt ist.
    - Si- Daim 16 195/4
    22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Schaltstufe unverzögert zugeschaltet wird, wenn der momentane Schlupfwert einen festgelegten, erhöhten Schlupf-Grenzwert überschreitet. 10
    23. Vorrichtung nach Anspruch 16,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß eine Speichereinrichtung vorgesehen ist, welche eine Verlängerung der Haltezeit bewirkt, wenn innerhalb einer festgelegten Zeitspanne nach Abschalten einer Schaltstufe eine erneute Zuschaltung erfolgt.
    24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeigevorrichtung vorgesehen ist, durch welche der Schaltzustand der einzelnen Schaltstufen anzeigbar ist,
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