DE3626025A1 - Antriebseinrichtung zur steuerung und verteilung der antriebskraft fuer ein kraftfahrzeug mit allradantrieb - Google Patents
Antriebseinrichtung zur steuerung und verteilung der antriebskraft fuer ein kraftfahrzeug mit allradantriebInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur
Steuerung und Verteilung einer Antriebskraft oder eines
Antriebsdrehmomentes zwischen den Vorderrädern und den
Hinterrädern eines Fahrzeuges mit Allradantrieb.
Die JP-58 26 636 zeigt ein herkömmliches Beispiel eines
derartigen Steuersystems. Bei diesem System berechnet
ein Steuerschaltkreis die Schlupfrate zwischen den
Vorder- und Hinterrädern aus den Umfangsgeschwindigkeiten
der Vorder- und Hinterräder durch die Umfangsgeschwindigkeiten
erfassenden Sensoren und rückt eine
Kupplung in einem Verteilergetriebe vollständig ein, um
ein Antriebsdrehmoment gleichmäßig zwischen den Vorder-
und Hinterräder zu verteilen, wenn der Schlupf gleich
oder größer als ein vorgegebener Wert ist. Somit steuert
dieses System die Verteilung des Antriebsdrehmomentes in
Übereinstimmung mit der Differenz der Drehgeschwindigkeiten
der Vorder- und Hinterräder. Bei diesem System
wird jedoch eine Differenz der Umfangsgeschwindigkeiten
zwischen den Vorder- und Hinterrädern infolge eines
seitlichen Ausbrechens der Hinter- oder Vorderräder
nicht berücksichtigt.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Antriebseinrichtung
für ein Fahrzeug mit Allradantrieb zu
schaffen, die ein Schleudern des Fahrzeuges durch Steuerung
oder Verteilung der Antriebskraft zwischen den
Vorder- und Hinterrädern unter Berücksichtigung der
durch Gleiterscheinungen, wie z. B. seitliches Ausbrechen,
der Hinter- bzw. Vorderräder verursachten Differenz
der Umfangsgeschwindigkeiten der Vorder- und Hinterräder
vermeiden kann.
Nach der vorliegenden Erfindung enthält eine Antriebseinrichtung
für ein Fahrzeug mit einem Grundantrieb,
primären Antriebsrädern, wie z. B. den Hinterrädern, und
sekundären Antriebsrädern, wie z. B. den Vorderrädern,
einen Verteiler, vier Sensoreinrichtungen, eine Betätigungseinrichtung
und eine Steuereinrichtung. Der Verteiler
überträgt ein Antriebsdrehmoment von dem Grundantrieb
auf die primären Antriebsräder und die sekundären
Antriebsräder. Der Verteiler weist eine Verteilerkupplung
zur Änderung des Verteilungsverhältnisses der Antriebskraft
eines Antriebsdrehmomentes, das auf die sekundären
Antriebsräder übertragen wird, zu einem Antriebsdrehmoment,
das auf die primären Antriebsräder
übertragen wird, auf. Die vier Sensoreinrichtungen sind
Einrichtungen zur Erfassung einer Umfangsgeschwindigkeit
der primären Antriebsräder, eine Einrichtung zur Erfassung
der Umfangsgeschwindigkeit der sekundären Antriebsräder,
eine Einrichtung zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit
und eine Einrichtung zur Erfassung des
Kurvenradius des Fahrzeuges entsprechend einem Lenkwinkel,
wie z. B. einem Einschlagwinkel des Lenkrades oder
einem Einschlagwinkel der Vorderräder des Fahrzeuges.
Die Betätigungseinrichtung betätigt die Verteilerkupplung,
um das Verteilungsverhältnis in Abhängigkeit von
einem Steuersignal zu ändern. Die Steuereinrichtung bestimmt
ein gewünschtes Antriebsdrehmoment für die sekundären
Antriebsräder in Übereinstimmung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit,
dem Kurvenradius und einer Differenz
der Umfangsgeschwindigkeiten, resultierend aus einer
Subtraktion der Umfangsgeschwindigkeit der sekundären
Antriebsräder von der Umfangsgeschwindigkeit der primären
Antriebsräder. Die Steuereinrichtung steuert ein
tatsächliches Antriebsdrehmoment für die sekundären Antriebsräder
durch Abgabe eines Steuersignales an die Betätigungseinrichtung,
so daß das tatsächliche Drehmoment
auf dem Niveau des gewünschten Drehmomentes gehalten
wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels
und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert.
Darin zeigen:
Fig. 1 ein Schema einer Antriebseinrichtung für
ein Fahrzeug mit Allradantrieb nach einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung,
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Steuereinheit
und eines in Fig. 1 gezeigten Hydraulikkreises,
Fig. 3 einen Querschnitt eines Hauptabschnittes
eines in Fig. 1 gezeigten Verteilers,
Fig. 4A ein Flußdiagramm, das eine Steuerung des
Ausführungsbeispiels nach Fig. 1
beinhaltet,
Fig. 4B und 4C Diagramme, die die Steuerung nach
Fig. 4A graphisch erläutern,
Fig. 5 eine schematische Darstellung der Vorder-
und Hinterräder eines Fahrzeuges zur
Verdeutlichung der Lenkradien, die in der
vorliegenden Erfindung verwendet werden,
Fig. 6 bis 11 Diagramme, die Kennlinienfelder im
Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung
zeigen und
Fig. 12 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen
dem Antriebsdrehmoment der Vorderräder
und einer Differenz der Umfangsgeschwindigkeiten
von Vorder- und Hinterrädern
zeigt, das bei einer Einrichtung nach
dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung erhalten wird.
Im allgemeinen wird eine Differenz N zwischen einer
Umfangsgeschwindigkeit N f der Vorderräder und einer
Umfangsgeschwindigkeit N r der Hinterräder ausgedrückt:
N = N r - N f
= f 1 (R·V) + f 2(W)(Q· μ)
= f 1 (R·V) + f 3(Q· μ)@,(1)
= f 1 (R·V) + f 2(W)(Q· μ)
= f 1 (R·V) + f 3(Q· μ)@,(1)
darin bedeutet R der Lenkradius, V die Fahrzeuggeschwindigkeit,
Q die Antriebskraft (Drehmoment), μ ein Reibungskoeffizient
der dynamischen (kinetischen) Reibung
zwischen dem Reifen und dem Straßenbelag und W ist die
Radlast. Die Geschwindigkeitsdifferenz N setzt sich
zusammen aus zwei Funktionsausdrücken, d. h. f 1 (R·V) und
f 3(Q· μ). Der erste Ausdruck f 1 (R·V) gilt für eine
Kurvenbewegung des Fahrzeuges in stabilem Zustand. Der
andere Ausdruck f 3(Q· μ) wird durch ein Gleiten bzw.
Schleudern oder Ausbrechen des Fahrzeuges erzeugt (bei
dem die Hinterräder nach außen gleiten, so daß der
Lenkwinkel des Fahrzeuges rapide abnimmt), sowie durch
Aus-der-Spurlaufen erzeugt, bei dem die Vorderräder nach
außen gleiten, so daß der Lenkwinkel rapide zunimmt.
Es ist nicht möglich, eine angemessene und genaue
Steuerung der Verteilung des Antriebsdrehmomentes ohne
eine Steuerung des Ausdruckes f 3 (Q· μ) vorzunehmen. Nach
der vorliegenden Erfindung wird der Ausdruck f 3(Q· μ) auf
folgende Weise berücksichtigt.
Eine Differenz Δ R des Kurven- bzw. Lenkradius zwischen
einem Kurvenbogenradis R f der Vorderräder 27 F, gezeigt
in Fig. 5, und einem Lenkbogenradius R r der Hinterräder
27 R, gezeigt in Fig. 5, wird ausgedrückt durch:
Somit ergibt sich die Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz N
zwischen den Umfangsgeschwindigkeiten N f und N r der
Vorder- und Hinterräder ungefähr durch:
wobei
ist.
In diesem Beispiel sind die Reifendurchmesser der Vorderräder
und die Reifendurchmesser der Hinterräder
einander gleich und mit r ausgedrückt. In den Gleichungen
(2) und (3) und in Fig. 5 ist C f eine Seitenkraft
des Vorderrades, C r eine Seitenkraft des Hinterrades, V
die Fahrzeuggeschwindigkeit, δ ein Steuerwinkel des
Vorderrades, G bezeichnet den Schwerpunkt des
Fahrzeuges, O bezeichnet das Kurvenzentrum bzw. den
Ursprung des Lenkradius, R ist ein Lenkbogenradius des
Schwerpunktes, l ist eine Entfernung zwischen der
Vorderachse und der Hinterachse, a ist eine Entfernung
zwischen der Vorderachse und dem Schwerpunkt G. b ist
eine Entfernung zwischen der Hinterachse und dem
Schwerpunkt G, m ist die Fahrzeugmasse und -β ist ein
seitlicher Verschiebungswinkel des Schwerpunktes G.
In der Gleichung (3) wird die Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz
N zwischen den Vorder- und Hinterrädern unfähr
ausgedrückt als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit
V und des Radius R der Kurvenbahn des Schwerpunktes
G:
Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Kennlinien zeigt, die
aus der Gleichung (4) erhalten werden. Wie in Fig. 6 gezeigt
ist, nimmt die Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz N
ab, wenn der Kurvenradius von R 0 auf R 1 ansteigt. Das
heißt mit Gleichung (3):
Ein Anstieg N der Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz N
der Vorder- und Hinterräder entsprechend einer Einheit
im Anstieg V der Fahrzeuggeschwindigkeit V ist gegeben
durch:
Δ N = K Δ V
wobei K den Kurvenanstieg ausdrückt.
Aus den Gleichungen (5) und (6) ergibt sich:
daher
Unter der Annahme, daß das oben beschriebene Gleiten der
Vorder- und Hinterräder in einem Bereich auftritt, in
dem die Fahrzeuggeschwindigkeit gleich oder größer ist
als ein Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit V O , wie er in
Fig. 6 dargestellt ist, wird die Steuerung auf diesen
Bereich gerichtet. Die Fig. 7 und 8 zeigen Kennlienienfelder
zwischen einem Drehmoment T, das auf die Vorderräder
übertragen wird und der Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz
N der Vorder- und Hinterräder. Wie in den
Fig. 7 und 8 gezeigt ist, verschiebt sich eine Linie L,
die die jeweils zulässigen Werte angibt, in Richtung
einer Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz,
wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V ansteigt und zwar um
einen Betrag, der gleich dem Produkt aus der Zunahme der
Fahrzeuggeschwindigkeit Δ V mit dem Faktor K ist. Auf
diese Weise wird die mit Notwendigkeit auftretende Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz
zwischen den Vorder- und
Hinterrädern bei einer normalen, zuverlässigen
Kurvenfahrt zugelassen. In diesem Fall wird der Anstieg
K der Gleichung (9) variiert. Wenn R 0 kleiner ist
als R 1, dann ist Δ N 0 größer als Δ N 1.
Der erste Ausdruck f 1 (R·V) der Gleichung (1) kann als
ungefähr gleich dem Wert N, der durch die Gleichung (4)
bestimmt wird, angesehen werden, da der erste Ausdruck
durch die Differenz zwischen der Rollgeschwindigkeit der
Vorder- und Hinterräder 27 F und 27 R bestimmt wird. Der
zweite Ausdruck f 3 (Q·µ) wird durch die Größe der Antriebskraft
und den Koeffizienten u der dynamischen Reibung
zwischen dem Reifen und dem Straßenbelag erzeugt
und wird durch die Verteilung der Antriebskraft zwischen
den Vorder- und Hinterrädern 27 F und 27 R variiert.
Bisher ist es nicht möglich, den Ausdruck f 3 (Q·µ) zu
erfassen.
Wenn eine Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen den
Vorder- und Hinterrädern entsprechend dem ersten Ausdruck
in der Gleichung (1) erzeugt wird, ist es möglich,
zu sagen, daß sich das Fahrzeug in einem stabilen Bewegungszustand
befindet, indem unkontrollierte Gleiterscheinungen,
wie Schleudern oder Ausbrechen nicht auftreten.
Wenn das Fahrzeug aus diesem stabilen Bewegungszustand
heraus durch Erhöhung der Antriebskraft beschleunigt
wird, dann wird eine Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz
zwischen den Vorder- und Hinterrädern aufgrund
von Gleiterscheinungen erzeugt und eine Seitengleitbewegung
der Vorder- oder Hinterräder wird erzeugt, bevor
ein Grenzwert des dynamischen Reibungskoeffizienten erreicht
wird. Wie die Kennlinien für die Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz
zwischen Vorder- und Hinterrädern
bei einem Fahrzeug mit vorneliegendem Motor und
Hinterradantrieb gemäß Fig. 9 zeigen, nimmt die Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz
N zwischen den Vorder-
und Hinterrädern zu, wenn der Grenzwert des Reibungskoeffizienten
µ der dynamischen Reibung niedrig ist wie
z. B. auf einer Straße, die mit Schnee bedeckt ist, oder
wenn die auf die Hinterräder wirkende Antriebskraft erhöht
wird. Fig. 10 zeigt Kennlinien einer Seitenbeschleunigung
während einer Kreisbewegung. Aus dieser Fig. 10
wird deutlich, daß der Grenzwert g der Seitenbeschleunigung
bei einem kontrolliert gesteuerten Fahrzeug
größer ist als bei einem Fahrzeug mit vorneliegendem Motor
und Hinterradantrieb. In Fig. 10 ist R 0 ein
Vergleichs-Lenk- bzw. Kurvenradius.
Wie oben erwähnt, ist es möglich, das Verhalten des
Fahrzeuges durch Beobachtung der Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz
N zwischen Vorder- und Hinterrädern abzuschätzen.
Bei einem Fahrzeug mit Allradantrieb, basierend
auf einem Fahrzeug mit vorneliegendem Motor
und Hinterradantrieb, ist es z. B. möglich zu sagen, daß
die Neigung zu einem Ausbrechen der Vorderräder, bei dem
diese nach außen gleiten, groß ist, wenn der Wert K
gleich Δ N/Δ V klein ist und daß die Neigung zu einem Ausbrechen
der Hinterräder, indem diese nach außen gleiten,
groß ist, wenn K groß ist, wie dies in Fig. 11 dargestellt
ist. Es ist wünschenswert, das auf die Vorderräder
übertragene Drehmoment zu erhöhen und das Verteilungsverhältnis
D der auf die Vorderräder
übertragenen Antriebskraft zu der auf alle Räder
übertragenen Antriebskraft durch Erhöhung der Kupplungseingriffskraft
(Kupplungsdruck P) zu erhöhen, wenn die
Neigung zu einem Nachaußengleiten der Hinterräder groß
ist und dieses Drehmoment, das auf die Vorderräder übertragen
wird, zu vermindern und ebenso das Verteilungs-
Verhältnis D durch Verminderung des Kupplungsdruckes P
herabzusetzen, wenn die Neigung zu einem seitlichen Ausbrechen
der Vorderräder groß ist.
Auf diese Weise kann eine Untersteuerungscharakteristik
erhalten werden, wenn die auf die Vorderräder übertragene
Antriebskraft und das Verteilungsverhältnis D erhöht
werden und eine Übersteuerungscharakteristik des Fahrzeuges
kann erreicht werden, wenn die Antriebskraft auf
die Hinterräder erhöht wird. Somit ist es durch eine
derartige Steuerung möglich, eine Steuerung zu erhalten,
bei der eine Drehmoment-Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz-
Charakteristik zwischen dem
Antriebsdrehmoment T der Vorderräder und der
Geschwindigkeitsdifferenz N automatisch geändert wird,
wie dies in Fig. 12 gezeigt ist. In Fig. 12 bewegen sich
die Kennlinien in einer Richtung, die durch einen Pfeil
angedeutet ist, wenn die Antriebskraft zunimmt, der
Grenzwert des Reibungskoeffizienten der Straßenoberfläche
abnimmt und der Lenk- bzw. Kurvenradius R zunimmt.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen ein Allrad-Antriebssystem bzw.
-Einrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung, die auf den vorerwähnten, anhand
der Fig. 5 bis 12 erläuterten, steuerungstheoretischen
Überlegungen beruht. In diesem Ausführungsbeispiel wird
die Erfindung auf ein Fahrzeug mit Allradantrieb auf
der Grundlage eines Fahrzeugaufbaus mit vorneliegendem
Motor und Hinterradantrieb angewandt.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, besitzt das Fahrzeug einen
Motor 21, ein mit dem Motor 21 verbundenes Getriebe 22
und einen Verteiler 23, der als Einrichtung zur Verteilung
einer Antriebskraft nach einem veränderlichen Verteilungsverhältnis
dient. Eine Antriebswelle des Getriebes
22 ist mit einer Hinterachsen-Kardanwelle 24 R sowie
einer Vorderachsen-Kardanwelle 24 F durch den Verteiler
23 verbunden. Die Hinterachsen-Kardanwelle 24 R ist mit
dem rechten und linken Hinterrad 27 RR und 27 RL durch ein
Hinterachsendifferential 25 R und eine rechte und linke
Hinterachse 26 RR und 26 RL verbunden. Die Vorderachsen-
Kardanwelle 24 F ist mit dem linken und rechten Vorderrad
27 FR und 27 FL durch ein Vorderachsendifferential 25 F
und einer linken und einer rechten Vorderachse 26 FL,
26 FR verbunden.
Wie in Fig. 3 gezeigt, besitzt der Verteiler 23 ein Gehäuse
28, das aus zwei Gehäuseteilen 28 a und 28 b besteht,
die durch Schrauben 29 miteinander verbunden
sind. Das Gehäuse 28 umschließt eine Eingangswelle 30,
die mit der Eingangswelle des Getriebes 22 verbunden
ist, sowie eine Abtriebswelle 31 für die Hinterräder,
die mit der Hinterachsen-Kardanwelle 24 R verbunden und
durch ein Lager 32 drehbar gelagert ist. Sowohl die Eingangswelle
30 als auch die Abtriebswelle 31 für die Hinterräder
ist durch koaxial durch Paßfedern mit einem
rohrförmigen Kupplungsteil 33 verbunden, so daß die Eingangswelle
30 und die Abtriebswelle 31 für die Hinterräder
sich gemeinsam drehen. Das Kupplungsteil 33 besitzt
eine Trommel 44 in der Art einer hydraulisch betätigbaren
Reibscheibenkupplung 49. Die Kupplungstrommel 44 ist
am Außenumfang des Kupplungsteiles 33 vorgesehen. Das
Kupplungsteil 33 ist drehbar in einem rohrförmigen Lagerungsträger
34 aufgenommen, das durch Schrauben 34 a an
dem Gehäuse des Verteilers, d. h. an dem Verteilergetriebegehäuse
28 befestigt ist.
Die Eingangswelle 30 ist drehbar in einer ersten und
einer zweiten Hohlwelle 38 und 39 aufgenommen. Wie in
Fig. 3 gezeigt wird, befindet sich die erste Hohlwelle
38 an der linken Seite und die zweite Hohlwelle 39 ist
rechts angeordnet. Die zweite Hohlwelle 39 ist mit der
ersten Hohlwelle 38 durch Paßfedern verbunden und durch
Nadellager 43 drehbar auf der Eingangswelle 30 gelagert.
Die erste Hohlwelle 38 weist ein Antriebszahnrad 38 a
auf, das einstückig am Außenumfang der ersten Hohlwelle
38 angeformt ist. Das Antriebszahnrad 38 a ist im Eingriff
mit einem Gegenzahnrad 40 a, das einstückig an
einer Gegenwelle 40 angeformt ist. Die Gegenwelle 40 ist
an dem Verteilergetriebegehäuse 28 durch ein Lager 41
drehbar abgestützt. Das Gegenzahnrad 40 a ist im Eingriff
mit einem Antriebszahnrad 42, das an einer Abtriebsachse
der Vorderräder angeordnet ist, die mit der
Vorderachsen-Kardanwelle 24 F verbunden ist. Die zweite
Hohlwelle 39 ist einstückig mit einer Nabe 39 a versehen,
die radial nach außen hervorsteht. Die Reibscheibenkupplung
49 ist zwischen der Nabe 39 a der zweiten Hohlwelle
39 und der Kupplungstrommel 44 des Kupplungsteiles 33
vorgesehen.
Die Reibscheibenkupplung (Verteilerkupplung) 49 weist
antreibende Scheiben 45 und angetriebene Scheiben 46
auf, die in axialer Richtung abwechselnd angeordnet
sind. Die antreibenden Scheiben 45 sind durch Paßfedern
mit der Kupplungstrommel 44 im Eingriff. Die angetriebenen
Scheiben 46 sind mit der Nabe 39 a der zweiten Hohlwelle
durch Paßfedern im Eingriff. Ein ringförmiger Kolben
48 ist axial gleitbar zwischen der Kupplungstrommel
44 und dem Kupplungsteil 33 angeordnet. Der Kolben 48
ist sowohl am Außen- als auch am Innenumfang flüssigkeitsdicht
abgedichtet und begrenzt eine Ölkammer 47.
Eine Feder 53 ist unter Druck zwischen dem Kolben 48 und
einem Gegenlager 52, das dem Kupplungsteil 33 zugeordnet
ist, eingespannt. Die Feder 53 drückt den Kolben 48 in
Richtung der Ölkammer 47. Die Ölkammer 47 ist durch
einen ersten Ölkanal 35 a, der in dem Kupplungsteil 33
ausgebildet ist, mit einer Öldrucköffnung 35 d des Gehäuses
28 des Verteilers bzw. Verteilergetriebes 43 verbunden.
Die Öldruckkammer 47 ist ferner in Strömungsverbindung
mit einem zweiten Ölkanal 35 b, der in dem Lagerträger
34 ausgebildet ist, sowie in Strömungsverbindung mit
einem dritten Ölkanal 35 c, der in dem Verteilergetriebegehäuse
28 ausgebildet ist.
Wenn unter Druck stehendes Öl der Ölkammer 47 durch die
Öldrucköffnung 35 und den ersten, zweiten und dritten
Ölkanal 35 a, 35 b und 35 c zugeführt wird, bewegt sich der
Kolben 48 in Fig. 3 nach links entgegen der Kraft der
Feder 53 und drückt die antreibenden Scheiben 45 und die
angetriebenen Scheiben 46 in Reibungskontakt miteinander.
Auf diese Weise verbindet die Reibscheibenkupplung
49 die Eingangswelle 30 mit der Vorderradabtriebswelle
durch Verbindung des Kupplungsteiles 33 mit der zweiten
Hohlwelle 39.
Der Verteiler 23 weist außerdem einen ersten Schmierölkanal
30 a, der in der Eingangswelle 30 ausgebildet ist,
einen zweiten Schmierölkanal 31 a, gebildet in der
Hinterrad-Abtriebswelle 31, einen ersten Kupplungsschmierkanal
39 b, ausgebildet in der zweiten Hohlwelle
39, einen zweiten Kupplungsschmierkanal 39 c, ausgebildet
in der Nabe 39 a der zweiten Hohlwelle 39 sowie einen
dritten Kupplungsschmierkanal 44 a auf, der in der Kupplungstrommel
44 ausgebildet ist. Durch den ersten und
zweiten Schmierölkanal 30 a und 31 a wird Schmieröl dem
Nadellager 43 und anderen Teilen zugeführt. Der erste,
zweite und dritte Kupplungsschmierkanal 39 b, 39 c und 44 a
führen Schmieröl zu den antreibenden Scheiben 45 und den
angetriebenen Scheiben 46 der Reibscheibenkupplung 49.
Ein Bezugszeichen 36 bezeichnet ein Ritzel für die Drehzahlerfassung.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist die Ölkammer 47 der Reibscheibenkupplung
49 mit einem Hydraulikkreis 70 strömungsverbunden,
der durch eine Steuereinheit 59 gesteuert
wird. Die Steuereinheit 59 mit einem
Drehgeschwindigkeitssensor 54 für die Vorderräder zur
Erfassung der Umfangsgeschwindigkeit der Vorderräder
27 FR und 27 FL sowie mit einem Drehgeschwindigkeitssensor
55 für die Hinterräder zur Erfassung der Umfangsgeschwindigkeit
der Hinterräder 27 RR und 27 RL versehen.
Beispielsweise können die Sensoren 54 und 55 für die Erfassung
der Umfangsgeschwindigkeit der Vorder- bzw. Hinterräder
als Phototransistor ausgebildet sein und nahe
eines Ritzels der Abtriebswelle für die Vorderräder oder
der Abtriebswelle 31 für die Hinterräder des Verteilers
23 angeordnet sein, um Impulse mit einer Signalfrequenz
zu erzeugen, die der Umfangsgeschwindigkeit der Vorderräder
27 FR und 27 FL oder der Hinterräder 27 RR und 27 RL
proportional ist. Der Hydraulikkreis 70 liefert unter
Druck stehendes Öl zu der Ölkammer 47 der Reibscheibenkupplung
49 und die Steuereinheit 49 steuert den Öldruck,
der durch den Hydraulikkreis 70 in Übereinstimmung
mit den verschiedenen Signalen der Sensoren, wie
z. B. der Umfangsgeschwindigkeitssensoren 54 und 55 erzeugt
wird. In diesem Ausführungsbeispiel besteht die
Steuereinheit 59 aus einem Mikrocomputer.
Der Hydraulikkreis 70 umfaßt eine Pumpe 72, deren Auslaßöffnung
mit der Ölkammer 47 der Reibscheibenkupplung
49 verbunden ist sowie einen Sammelbehälter 71 und ein
Elektromagnetventil 73, das zwischen der Auslaßöffnung
dr Pumpe 72 und dem Sammelbehälter 71 angeordnet ist.
Die Pumpe 72 wird durch den Motor 21 angetrieben und
setzt das Öl in dem Sammelbehälter 71 unter Druck. Das
Elektromagnetventil 73 hat eine Spule 74, die mit der
Steuereinheit 59 verbunden ist sowie einen Kern, der
sich in Übereinstimmung mit dem Ausgangsdruck der Pumpe
72 und der elektromagnetischen Kraft der Spule 74 bewegt.
Das elektromagnetische Ventil 73 verändert den
Öldruck (Kupplungsdruck), der an die Ölkammer 47 angelegt
wird, indem es die Ölkammer 47 mit dem Sammelbehälter
71 durch eine Öffnung verbindet, deren Öffnungsgrad
der Größe des Stromes entspricht, der der Spule 74 von
der Steuereinheit 59 zugeführt wird, wobei der Öffnungsgrad
auch vom Ausgangsdruck der Pumpe 72 abhängt. Das
Elektromagnetventil 73 hält den Kupplungsdruck P auf
einem Wert, der dem Betrag des Stromes entspricht, der
die Spule 74 durchfließt.
Die Steuereinheit 59 ist außerdem mit einem Geschwindigkeitssensor
57 zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit
V sowie einem Sensor 59 zur Erfassung des Kurvenradius
bzw. Lenkradius, der einem Lenkwinkel, wie z. B. einem
Einschlagwinkel des Lenkrades oder dem Lenkwinkel der
Vorderräder des Fahrzeuges entspricht verbunden.
Die Steuereinheit 59 besitzt einen ersten Zähler 60, um
die Impulse zu zählen, die von dem Sensor 54 zur Erfassung
der Umfangsgeschwindigkeit der Vorderräder erzeugt
werden, einen zweiten Zähler 61 zur Zählung der Impulse,
die durch den Sensor 55 zur Erfassung der Umfangsgeschwindigkeit
der Hinterräder erzeugt werden, einen Multiplizierer
56 zur Ausführung von Multiplikationen unter
Verwendung der Anstiegsgeschwindigkeit K, die gemäß der
oben erwähnten Gleichung (7) bestimmt wird, sowie eine
Zentralprozessoreinheit (CPU) 63. Die Steuereinheit 59
besitzt ferner einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 44,
der als Datenspeicher dient und einen Festwertspeicher
(ROM) 65.
Die Steuereinheit 59 nach diesem Ausführungsbeispiel
steuert den Kupplungsdruck P in einer Weise, wie dies in
Fig. 4A verdeutlicht ist. Im Schritt S 1 werden die
Signale, die die Umfangsgeschwindigkeiten N f und N r der
Vorder- und Hinterräder repräsentieren, in die Zentralprozessoreinheit
63 jeweils durch den ersten und zweiten
Zähler 60 und 61 von den Sensoren 54 und 55 zur Erfassung
der Umfangsgeschwindigkeiten der Vorder- und Hinterräder
aus eingegeben. Das Ausgangssignal des Geschwindigkeitssensors
57, das die Fahrzeuggeschwindigkeit
V repräsentiert und das Ausgangssignal der Sensors
58, das den Lenk- bzw. Kurvenradius R repräsentiert,
werden in die Zentralprozessoreinheit 63 durch eine
Eingabe-/Ausgabeeinheit (E/A) eingegeben. Im Schritt S 2
bestimmt die Zentralprozessoreinheit 63 die
Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz N, die gleich der Umfangsgeschwindigkeit
N r der Hinterräder minus der Umfangsgeschwindigkeit
N f der Vorderräder ist. Im Schritt
S 3 bestimmt die Zentralprozessoreinheit 63, ob die
Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz N größer als Null ist.
Wenn dies nicht der Fall ist, wird ein gewünschtes Drehmoment
T* für die Vorderräder im Schritt S 9 auf Null gesetzt.
Wenn die Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz größer
als Null ist, bestimmt die Zentralprozessoreinheit 63 einen
Anstieg K im Schritt S 4. Der Anstieg K wird
gemäß der Gleichung
bestimmt, worin K 0 und R 0 vorgegebene Konstanten sind.
Anschließend bestimmt die Zentralprozessoreinheit 73 im
Schritt S 5, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit V größer ist
als ein vorgegebener, konstanter Geschwindigkeitswert
V 0. Wenn dies der Fall ist, geht die Zentralprozessoreinheit
zum Schritt S 5 b über. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
V gleich oder kleiner ist, als der festgelegte
Konstantgeschwindigkeitswert V 0, setzt die Zentralprozessoreinheit
63 im Schritt S 5 c einen
Vergleichsumfangsgeschwindigkeitsdifferenzwert N ref
gleich Null. Diese Referenzdrehzahl N ref wird im Schritt
S 5 b nach der Gleichung N ref = K · (V-V 0) bestimmt, worin
die konstante, vorgegebene Vergleichsgeschwindigkeit
ist. Im nächsten Schritt S 6 bestimmt die Zentralprozessoreinheit
63, ob die Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz N
größer ist als der Wert der Referenzdrehzahl N ref . Anschließend
geht die Zentralprozessoreinheit auf den
nächsten Schritt S 7 für den Fall über, daß die
Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz N größer ist als die
Referenzdrehzahl N ref oder sie geht zum Schritt S 8 über,
wenn dies nicht der Fall ist. Im Schritt S 8 bestimmt die
Zentralprozessoreinheit 73 das gewünschte Drehmoment T*
nach der Gleichung T* = K low × N,f in der K low eine vorgegebene
erste Konstante ist. Im Schritt S 7 bestimmt die
Zentralprozessoreinheit 73 das gewünschte Drehmoment T*
nach der Gleichung:
T* = K high × (N - N ref ) + K low × N ref ,
worin K high eine vorgegebene Konstante ist, die
größer ist als K low . Im Schritt S 10 gibt die Zentralprozessoreinheit
63 ein Signal an die Spule 74 des Elektromagnetventiles
73 durch eine E/A-Einheit 66 und einen
Ausgangsschaltkreis 67 aus, um den Kupplungsdruck P entsprechend
dem gewünschten, in dem Schritt S 7, S 8 oder S 9
berechneten Drehmoment T* anzupassen. Daher wird
der Kupplungsdruck P in Übereinstimmung mit dem Strom I
gesteuert, der die Spule 74 durchfließt. Die Fig. 4B und
4C zeigen graphisch die Berechnung im Schritt S 5 und die
Berechnungen in den Schritten S 7 und S 8. In Fig. 4C
entspricht eine Linie A der Gleichung des Schrittes S 8
und eine Linie entspricht der Gleichung des Schrittes
S 7.
Wahlweise kann der Sensor 57 zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit
weggelassen werden, und der Sensor 54
zur Erfassung der Umfangsgeschwindigkeit der Vorderräder,
die nicht in jedem Fall angetrieben werden, kann
zu diesem Zweck, d. h. als Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
verwendet werden.
Die Allrad-Antriebseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung
kann das Rutschen, d. h. ein seitliches Ausbrechen
der Hinterräder bzw. ein seitliches Ausbrechen der
Vorderräder durch Steuerung im Sinne einer angemessenen
Verteilung des Antriebsdrehmomentes zwischen den Vorder-
und Hinterrädern nicht nur in Abhängigkeit von der
Differenz der Umfangsgeschwindigkeiten der Vorder- und
Hinterräder vermeiden, sondern erreicht dies unter Einbeziehung
der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Kurvenradius
entsprechend dem eingeschlagenen Lenkwinkel.
Claims (9)
1. Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug mit einem
Grundantrieb, primär angetriebenen Rädern und sekundär
angetriebenen Rädern, gekennzeichnet durch:
einen Verteiler (23) zur Übertragung eines Antriebsdrehmomentes von dem Grundantrieb (21) auf die primär angetriebenen Räder (27 RR, 27 RL) und die sekundär angetriebenen Räder (27 FR, 27 FL), wobei der Verteiler (23) eine Verteilerkupplung (49) zur Veränderung eines Verhältnisses der Verteilung des Antriebsdrehmomentes, das auf die sekundär angetriebenen Räder (27 FR, 27 FL) übertragen wird, im Verhältnis zu dem Antriebsdrehmoment, das auf die primär angetriebenen Räder (27 RR, 27 RL) übertragen wird, aufweist,
eine Einrichtung (55) zur Erfassung einer Umfangsgeschwindigkeit der primär angetriebenen Räder (27 RR, (27 RL),
eine Einrichtung (54) zur Erfassung einer Umfangsgeschwindigkeit der sekundär angetriebenen Räder (27 FR, 27 FL),
eine Einrichtung (57) zur Erfassung einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeuges,
eine Einrichtung (58) zur Erfassung eines Kurvenradius, entlang dem sich das Fahrzeug entsprechend einem Lenkwinkel des Fahrzeuges bewegt,
eine Einrichtung (70) zur Betätigung der Verteilerkupplung (49), um das Verteilungsverhältnis in Abhängigkeit von einem Steuersignal zu verändern, und
eine Steuereinrichtung (59) zur Bestimmung eines gewünschten Antriebsdrehmomentes für die sekundär angetriebenen Räder (27 FR, 27 FL) zum Antrieb dieser sekundär angetriebenen Räder (27 FR, 27 FL) in Übereinstimmung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit, die durch die Einrichtung (57) erfaßt wird, in Übereinstimmung mit dem Kurvenradius, der durch die Einrichtung (58) erfaßt wird und in Übereinstimmung mit einer Differenz der Umfangsgeschwindigkeiten der Räder (27 FR, 27 FL, 27 RR, 27 RL), die aus einer Subtraktion der Umfangsgeschwindigkeit der sekundär angetriebenen Räder (27 FR, 27 FL), erfaßt von der zugehörigen Einrichtung (54) von der Umfangsgeschwindigkeit der primär angetriebenen Räder (27 RR, 27 RL), erfaßt durch die zugehörige Einrichtung (55), resultiert, und zur Steuerung eines tatsächlich auf die sekundär angetriebenen Räder (27 FR, 27 FL) übertragenen Antriebsdrehmomentes (T*) durch Übermittlung des Steuersignales auf die Betätigungseinrichtung (70), so daß das tatsächliche Antriebsdrehmoment dieser Räder gleich dem gewünschten Antriebsdrehmoment (T*) ist.
einen Verteiler (23) zur Übertragung eines Antriebsdrehmomentes von dem Grundantrieb (21) auf die primär angetriebenen Räder (27 RR, 27 RL) und die sekundär angetriebenen Räder (27 FR, 27 FL), wobei der Verteiler (23) eine Verteilerkupplung (49) zur Veränderung eines Verhältnisses der Verteilung des Antriebsdrehmomentes, das auf die sekundär angetriebenen Räder (27 FR, 27 FL) übertragen wird, im Verhältnis zu dem Antriebsdrehmoment, das auf die primär angetriebenen Räder (27 RR, 27 RL) übertragen wird, aufweist,
eine Einrichtung (55) zur Erfassung einer Umfangsgeschwindigkeit der primär angetriebenen Räder (27 RR, (27 RL),
eine Einrichtung (54) zur Erfassung einer Umfangsgeschwindigkeit der sekundär angetriebenen Räder (27 FR, 27 FL),
eine Einrichtung (57) zur Erfassung einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeuges,
eine Einrichtung (58) zur Erfassung eines Kurvenradius, entlang dem sich das Fahrzeug entsprechend einem Lenkwinkel des Fahrzeuges bewegt,
eine Einrichtung (70) zur Betätigung der Verteilerkupplung (49), um das Verteilungsverhältnis in Abhängigkeit von einem Steuersignal zu verändern, und
eine Steuereinrichtung (59) zur Bestimmung eines gewünschten Antriebsdrehmomentes für die sekundär angetriebenen Räder (27 FR, 27 FL) zum Antrieb dieser sekundär angetriebenen Räder (27 FR, 27 FL) in Übereinstimmung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit, die durch die Einrichtung (57) erfaßt wird, in Übereinstimmung mit dem Kurvenradius, der durch die Einrichtung (58) erfaßt wird und in Übereinstimmung mit einer Differenz der Umfangsgeschwindigkeiten der Räder (27 FR, 27 FL, 27 RR, 27 RL), die aus einer Subtraktion der Umfangsgeschwindigkeit der sekundär angetriebenen Räder (27 FR, 27 FL), erfaßt von der zugehörigen Einrichtung (54) von der Umfangsgeschwindigkeit der primär angetriebenen Räder (27 RR, 27 RL), erfaßt durch die zugehörige Einrichtung (55), resultiert, und zur Steuerung eines tatsächlich auf die sekundär angetriebenen Räder (27 FR, 27 FL) übertragenen Antriebsdrehmomentes (T*) durch Übermittlung des Steuersignales auf die Betätigungseinrichtung (70), so daß das tatsächliche Antriebsdrehmoment dieser Räder gleich dem gewünschten Antriebsdrehmoment (T*) ist.
2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuereinrichtung (59) das tatsächlich
auf die sekundär angetriebenen Räder (27 FR, 27 FL) übertragene
Antriebsdrehmoment allmählich mit dem Anwachsen
der Differenz (N) zwischen den Umfangsgeschwindigkeiten
(N f , N r ) der Räder erhöht, wenn diese Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz
(N) kleiner ist ein Vergleichswert
(N ref ), der in Übereinstimmung mit dem Kurvenradius
(R) und der Fahrzeuggeschwindigkeit (V) bestimmt
ist, und dieses tatsächliche Antriebsdrehmoment
steil erhöht bzw. rapide mit der Zunahme der Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz
(N) anwachsen läßt, wenn diese
Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz (N) größer ist, als der
Vergleichswert (N ref ).
3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Vergleichswert (N ref ) gleich einem
Produkt zwischen dem Ergebnis einer Substraktion eines
bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeitswertes (V O ) von der
Fahrzeuggeschwindigkeit (V) und einem Anstiegswert (K)
ist, der umgekehrt proportional zur Vergrößerung des
Kurvenradius (R) ist, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
(V) größer als der Fahrzeuggeschwindigkeitswert (V O ) ist
und der Vergleichswert (N ref ) gleich Null ist, wenn die
Fahrzeuggeschwindigkeit gleich oder kleiner als der
Fahrzeuggeschwindigkeitswert (V O ) ist.
4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das gewünschte Antriebsdrehmoment (T*) für
die sekundär angetriebenen Räder (27 FR, 27 FL) gleich einem
Produkt aus einem ersten Koffizienten (K low ) und der
Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz (N) ist, wenn die
Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz (N) kleiner ist als der
Vergleichswert (N ref ) und gleich einer Summe aus einem
ersten Produkt und einem zweiten Produkt, wenn die
Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz (N) größer ist als der
Vergleichswert (N ref ), wobei das erste Produkt aus der
Differenz zwischen der Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz
(N) und dem Vergleichswert (N ref ) multipliziert mit einem
zweiten Koeffizienten (K high ) ist, wobei dieser Koeffizient
(K high ) größer ist als der erste Koeffizient
(K low ) und das zweite Produkt aus der Multiplikation des
Vergleichswertes (N ref ) mit dem ersten Koeffizienten
(K low ) gebildet wird.
5. Antriebseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuereinrichtung (59) das gewünschte
Antriebsdrehmoment (T*) auf Null reduziert, wenn die Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz
(N) gleich oder kleiner
als Null ist.
6. Antriebseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die primär angetriebenen Räder die Hinterräder
(27 RR, 27 RL) und die sekundär angetriebenen Räder
die Vorderräder (27 FR, 27 FL) sind.
7. Antriebseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Übertragungskupplung (49) eine Reibscheibenkupplung
ist, die durch Fluiddruck betätigbar
ist und die Betätigungseinrichtung (70) ein Hydraulikkreis
zur Steuerung des Fluiddruckes ist.
8. Antriebseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Verteiler (23) ein Eingangsteil (30)
zur Aufnahme eines Drehmomentes von dem Grundantrieb
(21) aufweist, ferner ein erstes Ausgangsteil (31), das
mit dem Eingangsteil (30) zum Antrieb der primär angetriebenen
Räder (27 RR, 27 RL) verbunden ist sowie ein
zweites Ausgangsteil (38, 39, 40, 42) das mit dem Eingangsteil
(30) durch die Übertragungskupplung (49) zum
Antrieb der sekundär angetriebenen Räder (27 FR), 27 Fl)
verbunden ist.
9. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als Übertragungskupplung eine Reibscheibenkupplung
vorgesehen ist, die in der Lage ist, ein auf
die Vorderrräder (27 FR, 27 FL) übertragenes Antriebsdrehmoment
zu variieren, daß ein Hydraulikkreis (70) zur
Veränderung einer Eingriffskraft der Übertragungskupplung
(49) durch Beeinflussung eines der Übertragungskupplung
(49) zugeführten Fluiddruckes vorgesehen ist,
daß Umfangsgeschwindigkeitssensoren (54, 55) für die
Vorder- und Hinterräder (27 FR, 27 FL, 27 RR, 27 RL) vorgesehen
sind, daß ein Sensor (58) zur Erfassung eines Kurvenradius
(R), der einem Lenkwinkel ( ) entspricht, vorgesehen
ist, und daß eine Steuereinheit (59) zur Veränderung
des auf die Vorderräder (27 FR, 27 FL) übertragenen
Drehmomentes vorgesehen ist, derart, daß die
Steuereinheit (59) ein Steuersignal an den Hydraulikkreis
(70) in Übereinstimmung mit einer Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz
(N) zwischen Vorder- und Hinterrädern
(27 FR, 27 FL, 27 RR, 27 RL) der Fahrzeuggeschwindigkeit (V)
und dem Kurvenradius (R) abgibt.
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