Verfahren und Anordnung zur Steuerung einer Kraftfahrzeug- Drehmo entübertragungskupplung Method and arrangement for controlling a motor vehicle torque transmission clutch
Die Erfindung befasst sich mit der aktiven Steuerung der Drehmomentverteilung zwi- sehen Rädern eines Kraftfahrzeugs.The invention is concerned with the active control of the torque distribution between the wheels of a motor vehicle.
Ausgleichsgetriebe (Differentiale) werden in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um unterschiedliche Drehzahlen zwischen verschiedenen Rädern des Fahrzeugs zu ermöglichen. Dabei wird gemeinhin zwischen Querdifferentialen (Achsdifferentialen) und Zentraldifferentialen unterschieden. Querdifferentiale ermöglichen Drehzahlunterschiede zwischen Rädern einer Achse des Fahrzeugs, während Zentraldifferentiale derartige Unterschiede zwischen Rädern verschiedener Achsen ermöglichen.Differential gears (differentials) are used in motor vehicles to enable different speeds between different wheels of the vehicle. A distinction is generally made between transverse differentials (axle differentials) and central differentials. Cross differentials allow speed differences between wheels of one axle of the vehicle, while central differentials allow such differences between wheels of different axles.
Differentialsperren wirken der Ausgleichswirkung des Differentials entgegen. Es sind passive Differentialsperren bekannt, bei denen die Sperrwirkung von einer Drehzahldifferenz abhängt. Ein Beispiel einer solcher drehzahldifferenzabhängigen Differentialsperre ist eine Visco-Kupplung. Die Sperrwirkung der Visco-Kupplung beruht auf Flüssigkeitsreibung. Es gibt auch drehmomentabhängige Differentialsperren, beispielsweise das sogenannte Torsen-Differential. Eine gezielte Beeinflussung der Sperrwirkung ist bei passiven Systemen nicht möglich.Differential locks counteract the compensating effect of the differential. Passive differential locks are known in which the locking effect depends on a speed difference. An example of such a differential lock dependent on the speed difference is a viscous clutch. The locking effect of the viscous coupling is based on fluid friction. There are also torque-dependent differential locks, for example the so-called Torsen differential. A targeted influencing of the blocking effect is not possible with passive systems.
Im Unterschied zu passiven Systemen kann bei aktiven Differentialsperren die Sperrwirkung definiert eingestellt werden. Als aktive Differentialsperren finden steuerbare Kupplungen Anwendung, die zumeist stufenlos zwischen einem vollstän- dig geöffneten Zustand, in dem sie kein Drehmoment übertragen und dementsprechend keine Sperrwirkung entfalten, und einem vollständig geschlossenen Zustand verstellt werden können, in dem sie einen maximalen Anteil des durch das Differential aufzuteilenden Antriebsmoments übertragen und entsprechend eine maximale Sperrwirkung entfalten. Ein Beispiel einer für aktive Differentialsperren verwendeten Kupplung ist eine Lamellenkupplung, bei der die Sperrwirkung auf der Reibung von Reiblamellen aneinander beruht.In contrast to passive systems, the locking effect can be set in a defined manner with active differential locks. Controllable clutches are used as active differential locks, which can mostly be adjusted continuously between a fully open state, in which they transmit no torque and accordingly have no locking effect, and a fully closed state, in which they have a maximum share of the differential Transfer drive torque to be divided and develop a maximum locking effect accordingly. An example of a clutch used for active differential locks is a multi-plate clutch, in which the locking effect is based on the friction of friction plates against one another.
Bei Allrad-Fahrzeugen ist der Allradantrieb oftmals nicht permanent, sondern als sogenanntes "On Demand"-Konzept verwirklicht. Bei Fahrzeugen mit dieser Technik enthält der Antriebsstrang eine primär angetriebene Achse, wobei durch Schließen einer Kupplung eine sekundäre Achse zugeschaltet werden kann. Derartige Kupplungen werden nachfolgend Verteilerkupplungen genannt. Ist die Verteilerkupplung
offen, erhält die sekundäre Achse kein Antriebsmoment, ist sie dagegen zumindest teilweise geschlossen, wird ein Teil des vom Antriebsmotor des Fahrzeugs zur Verfügung gestellten Motormoments zur sekundären Achse geleitet.In all-wheel drive vehicles, all-wheel drive is often not permanent, but rather is implemented as a so-called "on demand" concept. In vehicles with this technology, the drive train contains a primary driven axle, whereby a secondary axle can be engaged by engaging a clutch. Such couplings are called distributor couplings below. Is the distributor coupling open, the secondary axle receives no drive torque, but if it is at least partially closed, part of the engine torque made available by the drive engine of the vehicle is directed to the secondary axle.
Auch bei Verteilerkupplungen wird zwischen passiven und aktiven Lösungen unterschieden. Für passive Lösungen werden beispielweise wiederum Visco-Kupplungen eingesetzt, die auf das Auftreten eines Schlupfes (Drehzahldifferenz) zwischen primärer und sekundärer Achse ansprechen und selbsttätig schließen, wobei der Grad des Schließens schlupfabhängig ist. Aktive Lösungen umfassen eine aktiv steuerbare Kupplung, beispielsweise wiederum eine Lamellenkupplung.A distinction is also made between passive and active solutions for distributor couplings. For passive solutions, for example, viscous couplings are used, which respond to the occurrence of a slip (speed difference) between the primary and secondary axis and close automatically, the degree of closing being dependent on the slip. Active solutions include an actively controllable clutch, for example a multi-plate clutch.
Verteilerkupplungen wie auch Sperrkupplungen (d.h. Kupplungen für Differentialsperren) sind demnach Komponenten, die durch ihren Kupplungszustand die Verteilung eines Moments (Antriebsmoment oder Bremsmoment, je nachdem, ob der Fahr- zeugmotor antreibend oder bremsend wirkt) auf verschiedene Räder - oder allgemein Radanordnungen - des Fahrzeugs bestimmen. Der Begriff "Radanordnung" ist hier so zu verstehen, dass er sowohl ein einzelnes Rad als auch zwei oder mehr Räder umfasst. Beispielsweise bestimmt eine zentral in den Antriebsstrang zwischen einer Vorder- und einer Hinterachse geschaltete Verteilerkupplung das Verhältnis, in dem Moment zwischen den (jeweils mehreren) Rädern dieser beiden Achsen aufgeteilt wird. Eine Sperrkupplung eines Querdifferentials bestimmt dagegen das Verhältnis, in dem ein der betreffenden Achse zur Verfügung gestelltes Antriebsmoment auf das (mindestens eine) linke und das (mindestens eine) rechte Rad dieser Achse aufgeteilt wird.Distributor clutches as well as lock-up clutches (ie clutches for differential locks) are therefore components that, due to their clutch condition, distribute a torque (drive torque or braking torque, depending on whether the vehicle engine is driving or braking) on different wheels - or generally wheel arrangements - of the vehicle determine. The term "wheel arrangement" is to be understood here to include both a single wheel and two or more wheels. For example, a distributor clutch connected centrally in the drive train between a front and a rear axle determines the ratio at which the torque is divided between the (several) wheels of these two axles. A locking clutch of a transverse differential, on the other hand, determines the ratio in which a drive torque made available to the relevant axle is divided between the (at least one) left and (at least one) right wheel of this axle.
Bei gesteuerten Kupplungen zur Steuerung der Drehmomentverteilung in einem Fahrzeug, seien es Verteilerkupplungen oder seien es Sperrkupplungen, erfolgt bisher eine Aktivierung der Kupplung erst dann und nur dann, wenn eine bestimmte minimale Drehzahldifferenz zwischen Rädern des Fahrzeugs erfasst wird. Hierzu wird die Raddrehzahl der einzelnen Räder sensorisch erfasst und an eine elektronische Steuereinheit geliefert, die daraus den Schlupf ermittelt. Ein bestimmter Bereich kleiner Drehzahldifferenzen wird oftmals zugelassen, um beispielsweise solche Drehzahldifferenzen außer Acht zu lassen, die allein schon durch unterschiedlich starke Abnutzung der Reifen hervorgerufen werden. Auch ist es bekannt, die Regel- schwelle mit zunehmender Geschwindigkeit und zunehmendem Lenkwinkel des Fahrzeugs zu erhöhen. Sobald jedoch die detektierte Drehzahldifferenz die Regelschwelle überschreitet, sendet die Steuereinheit einen entsprechenden elektronischen Befehl
an die Kupplung. Abhängig davon, wie stark die erfasste Drehzahldifferenz ist, wird die Kupplung mehr oder weniger stark geschlossen, um so dem Schlupf entgegenzuwirken.In the case of controlled clutches for controlling the torque distribution in a vehicle, whether it be distributor clutches or locking clutches, the clutch has so far only been activated and only if a certain minimum speed difference between the wheels of the vehicle is detected. For this purpose, the wheel speed of the individual wheels is sensed and delivered to an electronic control unit, which uses this to determine the slip. A certain range of small speed differences is often permitted, for example, to disregard those speed differences that are already caused by different degrees of tire wear. It is also known to increase the control threshold with increasing speed and increasing steering angle of the vehicle. However, as soon as the detected speed difference exceeds the control threshold, the control unit sends a corresponding electronic command to the clutch. Depending on how strong the detected speed difference is, the clutch is closed to a greater or lesser extent in order to counteract the slip.
Immer wieder kommt es vor, dass während des Fahrens fahrdynamisch kritische Situationen auftreten,' beispielsweise ein Lastwechselübersteuern bei Kurvenfahrt. Letzteres wird durch eine plötzliche Gaswegnahme seitens des Fahrers hervorgerufen. Die Gaswegnahme hat eine Lastwechselreaktion des Fahrzeugs zur Folge, bei der eine erhebliche dynamische Gewichtsverlagerung von hinten nach vorne auftre- ten kann. Dabei verringern sich vorübergehend die Seitenführungskräfte der Hinterräder, während sie gleichzeitig an den Vorderrädern zunehmen. Dies kann das fahrdynamische Verhalten des Fahrzeugs hin zu einem merklich übersteuernden Verhalten ändern. Wenn eine Kurve mit relativ großer Geschwindigkeit durchfahren wird, kann dies sogar zu einem Ausbrechen des Fahrzeughecks führen. Weil die meisten Fahrer mit plötzlichen Veränderungen des fahrdynamischen Verhaltens des Fahrzeugs aufgrund mangelnder Übung überfordert sind, können solche Änderungen im Fahrverhalten erhebliche Sicherheitsprobleme bedeuten.Again and again it happens that driving dynamically critical situations occur, for example a load change oversteer when cornering. The latter is caused by the driver suddenly taking the accelerator away. The gas removal results in a load change reaction of the vehicle, in which a considerable dynamic shift of weight from the back to the front can occur. The cornering forces of the rear wheels are temporarily reduced while they increase on the front wheels. This can change the vehicle's dynamic driving behavior to a noticeably oversteering behavior. Driving through a curve at a relatively high speed can even cause the rear of the vehicle to break out. Because most drivers are overwhelmed with sudden changes in the vehicle's driving dynamics due to lack of practice, such changes in driving behavior can pose significant safety problems.
Ein anderes Beispiel für eine fahrdynamisch kritische Situation ist das Beschleunigen in der Kurve. Auch hierbei kann es zu einem mehr oder weniger starken Übersteuern des Fahrzeugs bis hin zu einem Ausbrechen des Fahrzeughecks kommen.Another example of a critical situation in terms of driving dynamics is acceleration in the curve. Here too, the vehicle may be oversteered to a greater or lesser extent, or the rear of the vehicle may break out.
Herkömmliche Systeme zur Steuerung von aktiven Verteiler- oder Sperrkupplungen sind nicht dazu vorbereitet, mit solchen fahrdynamisch kritischen Situationen umzu- gehen, da sie allein auf Drehzahldifferenzen ansprechen, solche Drehzahldifferenzen jedoch bei Lastwechsel reaktionen oder bei Beschleunigung in der Kurve nicht notwendigerweise verstärkt auftreten.Conventional systems for controlling active distributor or lock-up clutches are not prepared to deal with such situations that are critical in terms of driving dynamics, since they only respond to speed differences, but such speed differences do not necessarily occur more intensely when there are load changes or when accelerating in the curve.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einem mit mindestens einer aktiv steuerba- ren Sperr- oder Verteilerkupplung ausgestatteten Fahrzeug für ein sichereres und stabileres Fahrverhalten zu sorgen.The object of the invention is therefore to provide a safer and more stable driving behavior in a vehicle equipped with at least one actively controllable locking or distributor clutch.
Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Steuerung einer Kraftfahrzeug-Drehmomentübertragungskupplung, deren Kupp- lungszustand das Verteilungsverhältnis eines Moments zwischen einer ersten und einer zweiten Radanordnung des Fahrzeugs beeinflusst.
Erfϊndungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass der Kupplungszustand der Kupplung abhängig von einer Abweichung eines Istwerts einer für das Gierverhalten des Fahrzeugs repräsentativen Giergröße von einem Sollwert dieser Giergröße gesteuert wird.In solving this problem, the invention is based on a method for controlling a motor vehicle torque transmission clutch, the clutch state of which influences the distribution ratio of a torque between a first and a second wheel arrangement of the vehicle. According to the invention, it is provided that the clutch state of the clutch is controlled as a function of a deviation of an actual value of a yaw variable representative of the yaw behavior of the vehicle from a target value of this yaw variable.
Bei der erfϊndungsgemäßen Lösung kann durch Minimierung der Abweichung des Istwerts der Giergröße von dem Sollwert das tatsächliche Gierverhalten des Fahrzeugs an ein gewünschtes, vorgegebenes Gierverhalten angenähert werden. Dieses gewünschte Gierverhalten entspricht zweckmäßigerweise einem stabilen Fahrverhalten des Fahrzeugs. Abhängig von der Größe der Abweichung des Istwerts vom Soll- wert der Giergröße wird dabei die Kupplung mehr oder weniger stark geschlossen. Kommt es zu einer fahrdynamisch kritischen Situation, wie beispielsweise einem ü- bermäßig starken Untersteuern oder einem übermäßig starken Übersteuern, ergibt sich eine Abweichung des Istwerts der Giergröße vom Sollwert. Durch entsprechende Ansteuerung der Kupplung kann das auf die beiden Radanordnungen zu verteilende Moment so umverteilt werden, dass sich der Istwert der Giergröße wieder dem gewünschten Wert annähert. Auf diese Weise kann ein geschlossener Regelkreis gebildet werden, der Differenzen zwischen dem Istwert und dem Sollwert der Giergröße ausregelt.In the solution according to the invention, the actual yaw behavior of the vehicle can be approximated to a desired, predetermined yaw behavior by minimizing the deviation of the actual value of the yaw variable from the target value. This desired yaw behavior suitably corresponds to a stable driving behavior of the vehicle. Depending on the size of the deviation of the actual value from the target value of the yaw size, the clutch is more or less closed. If there is a critical situation in terms of driving dynamics, such as an excessively strong understeer or an excessively strong oversteer, the actual value of the yaw variable deviates from the target value. By appropriately actuating the clutch, the torque to be distributed over the two wheel arrangements can be redistributed so that the actual value of the yaw size approximates the desired value again. In this way, a closed control loop can be formed, which regulates differences between the actual value and the target value of the yaw variable.
Der Sollwert der Giergröße kann auf Grundlage eines theoretischen Fahrzeugmodells ermittelt werden, das für verschiedene Werte einer oder mehrerer Eingangsgrößen jeweils einen geeigneten Sollwert für die Giergröße bereitstellt. Da es von der Fahrsituation abhängt, welcher Sollwert für die Giergröße geeignet ist, werden bevorzugt ein oder mehrere Betriebsparameter des Fahrzeugs als Eingangsgrößen für die Er- mittlung des Sollwerts der Giergröße herangezogen. Zweckmäßigerweise wird dabei der Sollwert der Giergröße abhängig von einem aktuellen Wert eines Lenkwinkels des Fahrzeugs ermittelt, da abhängig von der Kurvenkrümmung ein unterschiedlich starkes Gieren des Fahrzeugs notwendig ist. Da auch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs beim Durchfahren einer Kurve bestimmend dafür ist, wie stark das Fahrzeug giert, wird der Sollwert der Giergröße vorteilhafterweise abhängig von einem aktuellen Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt. Daneben kann das der Ermittlung des Sollwerts der Giergröße zugrunde liegende Fahrzeugmodell konstruktive bzw. geometrische Gegebenheiten des Fahrzeugs in Betracht ziehen, so beispielsweise die Lenkgeometrie oder/und den Radstand des Fahrzeugs. Der Zusammenhang zwischen dem Giergrößen-Sollwert und den variablen Eingangsgrößen kann in einer Steuereinheit des Fahrzeugs beispielsweise in Form einer tabellarischen Datenbasis oder in Form eines Algorithmus implementiert sein, welcher zur Ermittlung des Sollwerts der
Giergröße eine mathematische Gleichung oder einen Satz solcher Gleichungen berechnet.The setpoint value of the yaw size can be determined on the basis of a theoretical vehicle model which provides a suitable setpoint value for the yaw size for different values of one or more input variables. Since it depends on the driving situation which setpoint is suitable for the yaw size, one or more operating parameters of the vehicle are preferably used as input values for determining the setpoint of the yaw size. The setpoint value of the yaw variable is expediently determined as a function of a current value of a steering angle of the vehicle, since depending on the curve curvature, a different degree of yaw of the vehicle is necessary. Since the speed of the vehicle when driving through a curve also determines how strong the vehicle yaws, the target value of the yaw rate is advantageously determined as a function of a current value of the vehicle speed. In addition, the vehicle model on which the determination of the target value of the yaw size is based can take into account the structural or geometric conditions of the vehicle, for example the steering geometry and / or the wheelbase of the vehicle. The relationship between the yaw variable target value and the variable input variables can be implemented in a control unit of the vehicle, for example in the form of a tabular database or in the form of an algorithm which is used to determine the target value of the Yaw magnitude calculated a mathematical equation or a set of such equations.
Als Giergröße kommt zweckmäßigerweise zumindest die Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs in Frage. Diese kann beispielsweise mit einem Gierratensensor unmittelbar ermittelt werden. Im Übrigen ist es nicht ausgeschlossen, alternativ oder zusätzlich eine zweite zeitliche Ableitung des Gierwinkels des Fahrzeugs (also die Gierbeschleunigung) als Giergröße heranzuziehen.At least the yaw rate of the vehicle is expediently considered as the yaw variable. This can be determined directly, for example, with a yaw rate sensor. Otherwise, it is not excluded to use a second time derivative of the yaw angle of the vehicle (i.e. the yaw acceleration) as an yaw variable as an alternative or in addition.
Wie bereits weiter oben angedeutet, können die beiden Radanordnungen an einer gemeinsamen Achse angeordnet sein und die Kupplung als steuerbare Sperrkupplung eines Querdifferentials dieser Achse dienen. Ebenso können die beiden Radanordnungen an verschiedenen Achsen des Fahrzeugs angeordnet sein und die Kupplung als steuerbare Sperrkupplung eines Zentraldifferentials eines das Moment auf die beiden Achsen verteilenden Verteilergetriebes des Fahrzeugs dienen. Auch können die beiden Radanordnungen an verschiedenen Achsen des Fahrzeugs angeordnet sein und die Kupplung als steuerbare Verteilerkupplung zur Verteilung des Moments auf die beiden Radanordnungen dienen.As already indicated above, the two wheel arrangements can be arranged on a common axle and the clutch can be used as a controllable locking clutch of a transverse differential of this axle. Likewise, the two wheel arrangements can be arranged on different axles of the vehicle and the clutch can be used as a controllable locking clutch of a central differential of a transfer case of the vehicle that distributes the torque to the two axles. The two wheel assemblies can also be arranged on different axles of the vehicle and the clutch can be used as a controllable distributor clutch for distributing the torque to the two wheel assemblies.
Vorzugsweise umfasst die Kupplung eine elektromotorische Stelleinheit, welche zur Verstellung des Kupplungszustands der Kupplung elektrisch angesteuert wird. Grundsätzlich sind beliebige Stellprinzipien vorstellbar. Eine Möglichkeit besteht in einem Stellmechanismus mit zwei axial gegenüberliegenden, relativ zueinander verdrehbaren Scheibenteilen, die zwischen sich eine Kugelanordnung aufnehmen, wobei diese Kugelanordnung an mindestens einer Rampenbahn mindestens eines der Scheibenteile geführt ist. Durch relatives Verdrehen der beiden Scheibenteile kann dabei eine Verlagerung der Kugelanordnung entlang der mindestens einen Rampenbahn herbeigeführt werden, was den axialen Abstand zwischen den beiden Scheibenteilen beeinflusst.The clutch preferably comprises an electromotive actuating unit which is controlled electrically to adjust the clutch state of the clutch. Basically any adjustment principles are conceivable. One possibility is an actuating mechanism with two axially opposite, rotatable disk parts which accommodate a ball arrangement between them, this ball arrangement being guided on at least one ramp track of at least one of the disk parts. By relative rotation of the two disk parts, a displacement of the ball arrangement along the at least one ramp path can be brought about, which influences the axial distance between the two disk parts.
Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zur Steuerung einer Kraftfahrzeug- Drehmomentübertragungskupplung, deren Kupplungszustand das Verteilungsverhältnis eines Moments zwischen einer ersten und einer zweiten Radanordnung des Fahrzeugs beeinflusst. Erfindungsgemäß umfasst diese Anordnung eine die Kupplung steuernde elektronische Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist, den Kupplungszustand der Kupplung abhängig von einer Abweichung eines Istwerts einer für das Gierverhalten des Fahrzeugs repräsentativen Giergröße von einem Sollwert dieser
Giergröße zu steuern. Die Anordnung kann weitere der zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Merkmale aufweisen.The invention further relates to an arrangement for controlling a motor vehicle torque transmission clutch, the coupling state of which influences the distribution ratio of a torque between a first and a second wheel arrangement of the vehicle. According to the invention, this arrangement comprises an electronic control unit controlling the clutch, which is set up to determine the clutch state of the clutch as a function of a deviation of an actual value of a yaw variable representative of the yaw behavior of the vehicle from a target value thereof Control yaw size. The arrangement can have further features described above in connection with the method according to the invention.
Außerdem betrifft die Erfindung einen Programmcode, der dazu bestimmt und ausge- legt ist, bei Ausführung auf einem programmgesteuerten Rechner eines Fahrzeugs die Durchführung des Verfahrens der vorstehend beschriebenen Art zu bewirken. Ein solcher Programmcode kann auf einem digitalen Speichermedium, etwa einer magnetisch oder optisch lesbaren Informationsträgerscheibe, bereitgestellt werden, weshalb sich die Erfindung auch auf ein solches Speichermedium mit darauf gespeichertem maschinenlesbaren Programmcode zur Ausführung des Verfahrens der vorstehend beschriebenen Art erstreckt.In addition, the invention relates to a program code which is designed and designed to cause the method of the type described above to be carried out when executed on a program-controlled computer of a vehicle. Such a program code can be provided on a digital storage medium, such as a magnetically or optically readable information carrier disc, which is why the invention also extends to such a storage medium with machine-readable program code stored thereon for executing the method of the type described above.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:The invention is explained below with reference to the accompanying drawings. They represent:
Figur 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines mechanischen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit für die Steuerung von Sperrkupplungen des Antriebsstrangs benötigten elektrischen und elektronischen Komponenten,FIG. 1 schematically shows a first exemplary embodiment of a mechanical drive train of a motor vehicle with electrical and electronic components required for controlling locking clutches of the drive train,
Figur 2 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines mechanischen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit für die Steuerung einer Verteilerkupplung des Antriebsstrangs benötigten elektrischen und elektronischen Komponenten,FIG. 2 shows schematically a second exemplary embodiment of a mechanical drive train of a motor vehicle with electrical and electronic components required for controlling a distributor clutch of the drive train,
Figur 3 ein beispielhaftes Zeitdiagramm, das für ein All radfahrzeug mit Verteilerge- triebe die Wirkung der Erfindung bei einem Lastwechselvorgang in der Kurve veranschaulicht,FIG. 3 shows an exemplary time diagram, which illustrates the effect of the invention in a load change process in the curve for a four-wheel vehicle with transfer case,
Figur 4 ein beispielhaftes Zeitdiagramm, das für ein Fahrzeug mit Frontantrieb die Wirkung der Erfindung bei einem Lastwechselvorgang in der Kurve veranschaulicht, undFIG. 4 shows an exemplary time diagram which illustrates the effect of the invention in a load change operation in the curve for a front-wheel drive vehicle, and
Figuren 5a und 5b beispielhafte Zeitdiagramme, die für ein Allradfahrzeug mit bedarfsweise aktivierbarer Verteilerkupplung die Wirkung der Erfindung bei einem Spurwechselmanöver veranschaulichen.FIGS. 5a and 5b are exemplary time diagrams which illustrate the effect of the invention in a lane change maneuver for a four-wheel drive vehicle with a distributor clutch that can be activated as required.
In Figur 1 ist ein mechanischer Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs gezeigt, der
allgemein mit 10 bezeichnet ist. Der Antriebsstrang 10 enthält einen Antriebsmotor 12, von dem für den Vortrieb des Fahrzeugs nutzbares Motormoment bereitgestellt wird. Der Antriebsmotor 12 kann beispielsweise eine Brennkraftmaschine oder ein elektromotorisches Antriebsaggregat sein. Dem Antriebsmotor 12 nachgeschaltet ist ein Wechselgetriebe 14, welches beispielsweise ein handschaltbares Getriebe oder ein lastabhängig schaltendes Automatikgetriebe sein kann. Zwischen dem Antriebsmotor 12 und dem Wechselgetriebe 14 kann eine in Figur 1 nicht näher dargestellte Schaltkupplung angeordnet sein. Das von dem Wechselgetriebe 14 gewandelte Motormoment des Antriebsmotors 12 wird mittels eines Verteilergetriebes 16 in einem vorbestimmten symmetrischen oder unsymmetrischen Verhältnis auf eine Vorderachse 18 und eine Hinterachse 20 des Fahrzeugs aufgeteilt. Der zur Vorderachse 18 geleitete Teil des Motormoments wird mittels eines ersten Ausgleichsgetriebes (Differential) 22 auf ein linkes und ein rechtes gelenktes Vorderrad 24 bzw. 26 des Fahrzeugs aufgeteilt. Das durch das Differential 22 bewirkte Verteilungsver- hältnis des an der Vorderachse 18 verfügbaren Antriebsmoments beträgt im ungesperrten Fall 50%:50%. Ähnlich wird der von dem Verteilergetriebe 16 der Hinterachse 20 zugeteilte Anteil des Motormoments mittels eines zweiten Differentials 28 zu gleichen Teilen auf ein linkes und ein rechtes Hinterrad 30 bzw. 32 des Fahrzeugs aufgeteilt.A mechanical drive train of a motor vehicle is shown in FIG is generally designated 10. The drive train 10 contains a drive motor 12, from which engine torque that can be used to propel the vehicle is provided. The drive motor 12 can be, for example, an internal combustion engine or an electromotive drive unit. The drive motor 12 is followed by a change gear 14, which can be, for example, a manual transmission or a load-dependent automatic transmission. A clutch, not shown in FIG. 1, can be arranged between the drive motor 12 and the change gear 14. The engine torque of the drive motor 12 converted by the change gear 14 is divided by means of a transfer gear 16 in a predetermined symmetrical or asymmetrical relationship between a front axle 18 and a rear axle 20 of the vehicle. The part of the engine torque directed to the front axle 18 is divided by means of a first differential gear 22 onto a left and a right steered front wheel 24 or 26 of the vehicle. The distribution ratio of the drive torque available on the front axle 18 caused by the differential 22 is 50%: 50% in the unlocked case. Similarly, the portion of the engine torque allocated by the transfer case 16 to the rear axle 20 is divided equally between left and right rear wheels 30 and 32 of the vehicle by means of a second differential 28.
Dem Verteilergetriebe 16 ist eine stufenlos steuerbare Sperrkupplung 34 zugeordnet, mittels der ein Zentraldifferential des Verteilergetriebes 16 teilweise oder vollständig sperrbar ist. Auch den Achsdifferentialen (Querdifferentialen) 22, 28 ist je eine stufenlos steuerbare Sperrkupplung 36 bzw. 38 zugeordnet, die eine teilweise oder vollständige Sperrung des betreffenden Differentials ermöglicht. Die Sperrkupplungen 34, 36, 38 sind jeweils mit einer elektromotorischen Stelleinheit 40 mechanisch gekoppelt, durch die ein gewünschter Kupplungszustand der jeweiligen Sperrkupplung eingestellt werden kann. Die Stelleinheiten 40 werden von einer elektronischen Steuereinheit 42 gesteuert, die entsprechende elektrische Steuersignale an die Stelleinheiten 40 liefert. Es versteht sich, dass jede der Stelleinheiten 40 und damit jede der Sperrkupplungen 34, 36, 38 individuell steuerbar ist.The transfer case 16 is assigned an infinitely controllable locking clutch 34, by means of which a central differential of the transfer case 16 can be partially or completely locked. The axle differentials (transverse differentials) 22, 28 are each also assigned a steplessly controllable locking clutch 36 or 38, which enables partial or complete locking of the differential in question. The locking clutches 34, 36, 38 are each mechanically coupled to an electromotive actuating unit 40, by means of which a desired clutch state of the respective locking clutch can be set. The actuating units 40 are controlled by an electronic control unit 42, which delivers corresponding electrical control signals to the actuating units 40. It goes without saying that each of the actuating units 40 and thus each of the locking clutches 34, 36, 38 can be controlled individually.
Zur elektrischen Signalübertragung von und zu der Steuereinheit 42 dient eine serielle Busanordnung 43, die beispielsweise als CAN-(Controller Area Network) Bus ausgebildet sein kann. Schnittstellen, Protokolle und elektrische Schaltungstechnik für die Signalübertragung auf einem CAN-Bus sind weithin bekannt und müssen nicht
näher erläutert werden. Es versteht sich, dass alternativ zu einer Busanordnung auch eine individuelle Verdrahtung der verschiedenen elektrischen Komponenten des Fahrzeugs mit der Steuereinheit 42 gegeben sein kann.A serial bus arrangement 43 is used for electrical signal transmission from and to the control unit 42, which can be designed, for example, as a CAN (Controller Area Network) bus. Interfaces, protocols and electrical circuitry for signal transmission on a CAN bus are widely known and do not have to be are explained in more detail. It goes without saying that, as an alternative to a bus arrangement, the various electrical components of the vehicle can also be individually wired to the control unit 42.
Die Steuereinheit 42 weist einen programmgesteuerten Mikroprozessor 44 auf welcher nach Maßgabe eines in einem elektronischen Speicher 46 der SteuereinheitThe control unit 42 has a program-controlled microprocessor 44, which is provided in accordance with one in an electronic memory 46 of the control unit
42 abgelegten Steuerprogramms geeignete Steuersignale für die Stelleinheiten 40 erzeugt. Das Steuerprogramm ist schematisch in Figur 1 bei 48 angedeutet. Zur Erzeugung geeigneter Steuersignale für die Stelleinheiten 40 ist die Steuereinheit 42 auf Informationen über verschiedene Betriebsparameter des Fahrzeugs angewiesen. Zu diesem Zweck kann sie über die Busanordnung 43 auf verschiedene Signale zugreifen, die für diese Betriebsparameter repräsentativ sind. Beispielsweise stellen Drehzahlsensoren 50 Informationen über die Drehzahl jedes der Räder 24, 26, 30 32 bereit. Aus den gemessenen Raddrehzahlen kann die Steuereinheit 42 etwaige Drehzahldifferenzen zwischen den Rädern der Vorderachse 18, zwischen den Rädern der Hinterachse 20 sowie zwischen den Achsen 18, 20 berechnen. Außerdem kann die Steuereinheit 42 nach in der Fachwelt an sich bekannten Methoden eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermitteln.42 stored control program generates suitable control signals for the actuators 40. The control program is indicated schematically in FIG. 1 at 48. To generate suitable control signals for the control units 40, the control unit 42 is dependent on information about various operating parameters of the vehicle. For this purpose, it can access various signals via the bus arrangement 43 which are representative of these operating parameters. For example, speed sensors 50 provide information about the speed of each of the wheels 24, 26, 30 32. From the measured wheel speeds, the control unit 42 can calculate any speed differences between the wheels of the front axle 18, between the wheels of the rear axle 20 and between the axles 18, 20. In addition, the control unit 42 can determine a speed of the vehicle according to methods known per se in the technical field.
Die Steuereinheit 42 kann bei Bedarf auch auf ein Motormomentensignal zugreifen, welches für das bereitgestellte Motormoment des Antriebsmotors 12 repräsentativ ist und von einem schematisch angedeuteten Momentensensor 52 auf die Busanordnung 43 ausgegeben wird. Ferner kann die Steuereinheit 42 über die BusanordnungIf necessary, the control unit 42 can also access an engine torque signal which is representative of the engine torque provided by the drive motor 12 and is output by a schematically indicated torque sensor 52 on the bus arrangement 43. Furthermore, the control unit 42 can use the bus arrangement
43 gegegenenfalls Zugriff auf ein Pedalstellungssignal haben, welches die Stellung eines Gaspedals 54 des Fahrers angibt. Die Pedalstellung kann von einem Pedalstellungssensor 56, der beispielsweise ein Potentiometersensor sein kann, erfasst werden.43 have access to a pedal position signal, which indicates the position of an accelerator pedal 54 of the driver. The pedal position can be detected by a pedal position sensor 56, which can be a potentiometer sensor, for example.
Über die Busanordnung 43 kann die Steuereinheit 42 zudem auf ein Lenkwinkelsignal und gewünschtenfalls auf ein Gangstellungssignal zugreifen. Das Gangstellungssignal kann von einem Gangstellungssensor 58 bereitgestellt werden, welcher die Gangstellung des Wechselgetriebes 14 erfasst. Aus dem Gangstellungssignal kann die Steuereinheit 42 erkennen, ob und welcher Gang eingelegt ist. Das Lenkwinkelsignal wird von einem Drehwinkelsensor 60 geliefert, welcher die Drehstellung eines Lenkrads 62 des Fahrzeugs bzw. einer das Lenkrad 62 tragenden Lenksäule erfasst. Die Drehstellung des Lenkrads 62 bzw. der Lenksäule ist ein Maß für den in Figur 1 mit α bei-
zeichneten Lenkwinkel des Fahrzeugs, d.h. die Winkelabweichung der Vorderräder 24, 26 von einer Geradeausstellung.The control unit 42 can also access a steering angle signal and, if desired, a gear position signal via the bus arrangement 43. The gear position signal can be provided by a gear position sensor 58 which detects the gear position of the change gear 14. The control unit 42 can recognize from the gear position signal whether and which gear is engaged. The steering angle signal is supplied by a rotation angle sensor 60, which detects the rotational position of a steering wheel 62 of the vehicle or a steering column carrying the steering wheel 62. The rotational position of the steering wheel 62 or the steering column is a measure of the α in FIG. plotted steering angle of the vehicle, ie the angular deviation of the front wheels 24, 26 from a straight-ahead position.
Darüber hinaus erhält die Steuereinheit 42 (über die Busanordnung 43) von einem Gierratensensor 64 ein die Gierrate (Gierbeschleunigung) des Fahrzeugs angebendes Gierratensignal.In addition, the control unit 42 receives (via the bus arrangement 43) from a yaw rate sensor 64 a yaw rate signal indicating the yaw rate (yaw acceleration) of the vehicle.
Während Figur 1 den Fall eines Fahrzeugs mit permanentem Allradantrieb betrifft, zeigt Figur 2 den Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit bedarfsweise zuschaltbarem Allradantrieb. Dieses Konzept ist auch unter der Bezeichnung "On Demand"-Technik bekannt. In Figur 2 sind gleiche oder gleichwirkende Komponenten mit gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 versehen, jedoch ergänzt um einen Kleinbuchstaben. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird nachfolgend lediglich auf Unterschiede zum Ausführungsbeispiel der Figur 1 eingegangen. Bei dem Fahrzeug mit dem in Figur 2 gezeigten Antriebsstrang handelt es sich um ein Fahrzeug mit Vorder- achsantrieb, bei dem die Hinterachse mittels einer stufenlos steuerbaren Verteilerkupplung 66a antriebsmäßig zuschaltbar ist. Die Verteilerkupplung 66a ist zwischen die Achsdifferentiale 22a, 28a der Vorderachse 18a bzw. der Hinterachse 20a geschaltet. Sie ersetzt das Verteilergetriebe 16 des Ausführungsbeispiels der Figur 1 und erlaubt eine beliebige Aufteilung des vom Antriebsmotor 12a bereitgestellten Motormoments auf die beiden Achsen 18a, 20a. Der Kupplungszustand der Verteilerkupplung 66a kann durch eine von der Steuereinheit 42a steuerbare elektromotorische Stelleinheit 40a nach Wunsch eingestellt werden.While FIG. 1 relates to the case of a vehicle with permanent all-wheel drive, FIG. 2 shows the drive train of a vehicle with optional all-wheel drive. This concept is also known as "on demand" technology. In FIG. 2, the same or equivalent components are provided with the same reference symbols as in FIG. 1, but supplemented by a lower case letter. In order to avoid unnecessary repetitions, only the differences from the exemplary embodiment in FIG. 1 are discussed below. The vehicle with the drive train shown in FIG. 2 is a vehicle with a front axle drive in which the rear axle can be switched on by means of a continuously variable distributor clutch 66a. The distributor clutch 66a is connected between the axle differentials 22a, 28a of the front axle 18a and the rear axle 20a. It replaces the transfer case 16 of the exemplary embodiment in FIG. 1 and allows the engine torque provided by the drive motor 12a to be divided as desired between the two axes 18a, 20a. The coupling state of the distributor clutch 66a can be set as desired by an electromotive actuating unit 40a which can be controlled by the control unit 42a.
Die Figuren 1 und 2 stellen lediglich Beispiele von Antriebsstrangkonfigurationen dar, bei denen die Erfindung eingesetzt werden kann. Es versteht sich, dass verschiedene andere Konfigurationen des Antriebsstrangs vorstellbar sind. Beispielsweise kann bei dem "On Demand"-Konzept der Figur 2 die Hinterachse 20a die primär angetriebene Achse bilden, während die Vorderachse 18a als sekundäre Achse bei Bedarf zuschaltbar ist. In diesem Fall muss die Verteilerkupplung 64a an eine Stelle zwischen dem Wechselgetriebe 14a und dem Vorderachsdifferential 22a verlegt werden. Ebenso kann es sich um ein Fahrzeug mit reinem Vorderachsantrieb oder Hinterachsantrieb handeln, wo stets nur eine Achse angetrieben ist. Auch muss die Bestückung der Differentiale mit aktiv steuerbaren Sperrkupplungen nicht so sein, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Beispielsweise kann in Figur 1 die aktiv steuerbare Kupplung 36 des Vorderachsdifferentials 22 oder/und die aktiv steuerbare Kupplung 38 des Hinterachsdifferentials 28 weggelassen oder durch eine passive, drehzahldif- ferenz- oder drehmomentfühlende Sperrkupplung ersetzt werden. Umgekehrt können
in Figur 2 eines oder beide der Differentiale 22a, 28a mit einer aktiv steuerbaren Sperrkupplung versehen werden. Unabhängig von der konkreten Antriebsstrangkonfiguration kann die Erfindung bei jeder aktiv steuerbaren Verteiler- oder Sperrkupplung Anwendung finden, durch deren Kupplungszustand sich das Verteilungsver- hältnis eines Antriebsmoments auf verschiedene Räder des Fahrzeugs beeinflussen lässt.Figures 1 and 2 are merely examples of powertrain configurations in which the invention can be used. It is understood that various other drive train configurations are conceivable. For example, in the "on demand" concept of FIG. 2, the rear axle 20a can form the primary driven axle, while the front axle 18a can be activated as a secondary axle if required. In this case, the distributor clutch 64a must be moved to a location between the change gear 14a and the front axle differential 22a. It can also be a vehicle with a pure front axle drive or rear axle drive, where only one axle is always driven. The equipping of the differentials with actively controllable locking clutches does not have to be as shown in FIGS. 1 and 2. For example, in FIG. 1 the actively controllable clutch 36 of the front axle differential 22 or / and the actively controllable clutch 38 of the rear axle differential 28 can be omitted or replaced by a passive, speed differential or torque-sensitive locking clutch. Vice versa in FIG. 2, one or both of the differentials 22a, 28a are provided with an actively controllable locking clutch. Regardless of the specific drive train configuration, the invention can be used with any actively controllable distributor or locking clutch, the clutch condition of which can be used to influence the distribution ratio of a drive torque to different wheels of the vehicle.
Nachfolgend wird ein Steuerkonzept für die Vorderachs-Sperrkupplung 36 der Figur 1 erläutert. Dieses Steuerkonzept ist sinngemäß auf die beiden anderen Sperrkupplun- gen 34, 38 der Figur 1, auf die Verteilerkupplung 66a der Figur 2 und generell auf jede andere Sperr- und Verteilerkupplung übertragbar, die die Drehmomentverteilung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs beeinflusst. Normalerweise ist die Sperrkupplung 36 offen, d.h. sie überträgt kein Kupplungsmoment. Das Vorderachs- Differential 22 wirkt dann als offenes Differential. Die Steuereinheit 42 spricht auf Drehzahldifferenzen zwischen den Vorderrädern 24, 26 an. Sobald sie eine solche Drehzahldifferenz erfasst, gibt sie ein Steuersignal an die entsprechende Stelleinheit 40 aus, durch das bewirkt wird, dass die Sperrkupplung 36 zumindest teilweise geschlossen wird. Das wenigstens teilweise Schließen der Sperrkupplung 36 legt ein Sperrmoment an das Differential 22 an, das der Ausgleichswirkung des Differentials 22 entgegenwirkt.A control concept for the front axle locking clutch 36 of FIG. 1 is explained below. This control concept can be applied analogously to the two other locking clutches 34, 38 of FIG. 1, to the distributor clutch 66a of FIG. 2 and generally to any other locking and distributor clutch that influences the torque distribution in a drive train of a motor vehicle. Normally, the lock-up clutch 36 is open, i.e. it does not transmit any clutch torque. The front axle differential 22 then acts as an open differential. The control unit 42 responds to speed differences between the front wheels 24, 26. As soon as it detects such a speed difference, it outputs a control signal to the corresponding actuating unit 40, which causes the locking clutch 36 to be at least partially closed. The at least partial closing of the locking clutch 36 applies a locking torque to the differential 22 which counteracts the compensating action of the differential 22.
Die Steuereinheit 42 ist Teil eines Regelkreises, der Drehzahldifferenzen zwischen den Vorderrädern 24, 26 auf einen minimalen Wert gleich oder nahe Null einzuregeln versucht. Die Steuereinheit 42 enthält hierzu einen in Software oder/und Hardware implementierten Regler, dem die erfasste Drehzahldifferenz als Regeldifferenz zugeführt wird. Das von dem Drehzahldifferenz-Regler ausgegebene Signal wird sodann in ein entsprechendes Steuersignal für die betreffende Stelleinheit 40 umgesetzt. Da allein schon durch unterschiedliche Abnutzung der Vorderräder 24, 26 oder andere Unsymmetrien eine geringe Drehzahldifferenz auftreten kann, ist zweckmäßigerweise eine Regelschwelle festgelegt, unterhalb der die Steuereinheit 42 nicht auf Drehzahldifferenzen anspricht.The control unit 42 is part of a control circuit which attempts to regulate speed differences between the front wheels 24, 26 to a minimum value equal to or close to zero. For this purpose, the control unit 42 contains a controller implemented in software or / and hardware, to which the detected speed difference is fed as a control difference. The signal output by the speed difference controller is then converted into a corresponding control signal for the actuating unit 40 in question. Since a slight speed difference can occur simply because of different wear of the front wheels 24, 26 or other asymmetries, a control threshold is expediently set below which the control unit 42 does not respond to speed differences.
Für die Steuerung des Kupplungszustands der Vorderachs-Sperrkupplung 36 reagiert die Steuereinheit 42 jedoch nicht nur auf Drehzahldifferenzen zwischen den Vorder- rädern 24, 26 sondern auch auf Abweichungen zwischen dem tatsächlichen Gierverhalten des Fahrzeugs und einem theoretischen, stabilen Gierverhalten. Erkennt die Steuereinheit 42 eine solche Abweichung im Gierverhalten, so steuert sie die der
Sperrkupplung 36 zugeordnete Stelleinheit 40 so an, dass sich das tatsächliche Gierverhalten des Fahrzeugs dem gewünschten Soll-Gierverhalten annähert. Hierzu wertet die Steuereinheit 42 das von dem Gierratensensor 64 gelieferte Gierratensignal aus. Fortlaufend oder in periodischen Abständen vergleicht die Steuereinheit 42 den jeweils aktuellen Wert der Gierbeschleunigung mit einem Sollwert für die Gierbeschleunigung, den sie abhängig von aktuellen Werten des Lenkwinkels α und der Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt. Die aus diesem Vergleich ermittelte Giergeschwindigkeitsdifferenz wird in ein Regelsignal umgesetzt, das für die Ansteuerung der betreffenden Stelleinheit 40 verwendet wird. Durch das teilweise oder vollständi- ge Schließen der Sperrkupplung 36 abhängig von der Giergeschwindigkeitsdifferenz wird eine Umverteilung des auf die Vorderräder 24, 26 verteilten Moments (antreibendes Moment im Motorbetrieb des Antriebsmotors 12 oder Schlepp- bzw. Bremsmoment im Bremsbetrieb des Antriebsmotors 12) bewirkt, die der Abweichung des tatsächlichen Gierverhaltens des Fahrzeugs vom gewünschten Gierverhalten und da- mit einer etwaigen Instabilität entgegenwirkt.To control the clutch state of the front axle lock-up clutch 36, the control unit 42 not only reacts to speed differences between the front wheels 24, 26 but also to deviations between the actual yaw behavior of the vehicle and a theoretical, stable yaw behavior. If the control unit 42 detects such a deviation in the yaw behavior, it controls that Locking clutch 36 associated actuator 40 so that the actual yaw behavior of the vehicle approximates the desired yaw behavior. For this purpose, the control unit 42 evaluates the yaw rate signal supplied by the yaw rate sensor 64. The control unit 42 continuously or periodically compares the current value of the yaw acceleration with a target value for the yaw acceleration, which it determines as a function of current values of the steering angle α and the vehicle speed. The yaw rate difference determined from this comparison is converted into a control signal which is used for the control of the relevant actuating unit 40. The partial or complete engagement of the locking clutch 36 as a function of the yaw rate difference results in a redistribution of the torque distributed to the front wheels 24, 26 (driving torque during engine operation of the drive motor 12 or drag or braking torque when the drive engine 12 is braking) counteracts the deviation of the actual yaw behavior of the vehicle from the desired yaw behavior and thus any instability.
Beispielsweise bewirkt bei einem Fahrzeug mit einer in der erfindungsgemäßen Weise gesteuerten Sperrkupplung in der Vorderachse oder/und in der Hinterachse die Betätigung der Sperrkupplung im Fall eines Lastwechselübersteuerns während einer Kurvenfahrt, dass die Längskräfte an den Rädern der betreffenden Achse umverteilt werden, nämlich so, dass sich am kurvenäußeren Rad eine größere Bremskraft als am kurveninneren Rad einstellt. Das ungleiche Kräftepaar an der betreffenden Achse bewirkt ein untersteuerndes Giermoment, welches dem Lastwechselübersteuern entgegenwirkt.For example, in a vehicle with a locking clutch controlled in the manner according to the invention in the front axle and / or in the rear axle, the actuation of the locking clutch in the event of a load change oversteer during cornering causes the longitudinal forces on the wheels of the axle in question to be redistributed, namely in such a way that there is a greater braking force on the outside wheel than on the inside wheel. The unequal pair of forces on the relevant axis causes an understeering yaw moment, which counteracts the load change oversteer.
Auch eine Sperrkupplung im Verteilergetriebe eines Fahrzeugs mit permanentem Allradantrieb oder eine bedarfsweise aktivierbare Verteilerkupplung (On-Demand- Kupplung) kann in der erfindungsgemäßen Weise gesteuert werden, um fahrdynamisch kritische Manöver deutlich unkritischer zu gestalten. Beispielsweise kann es bei einem vorderachsgetriebenen Fahrzeug, dessen Hinterachse mittels einer Verteilerkupplung bedarfsweise zuschaltbar ist, bei einem Spurwechsel auf glatter Fahrbahn dazu kommen, dass im Schiebebetrieb (bei weggenommenem Gas) hohe Motorschleppmomente auf die Vorderräder wirken und deshalb ein vergleichsweise starker Bremsschlupf an den Vorderrädern auftritt. Hierbei nehmen die Seitenführungskräfte an den Vorderrädern so weit ab, dass das Fahrzeug den Lenkbewegungen der Räder nicht mehr folgen kann. Es rutscht - in höchstem Maße untersteuernd - geradeaus. Die Erfindung dagegen ermöglicht eine rechtzeitige Erkennung dieses instabilen Ver-
haltens über die entstehende Giergeschwindigkeitsdifferenz. Indem die Verteilerkupplung abhängig von der Giergeschwindigkeitsdifferenz aktiviert wird, wird das Motorschleppmoment teilweise von der Vorderachse zur Hinterachse umgeleitet, so dass sich das Seitenführungspotential der (gelenkten) Vorderräder erhöht. Das Fahr- zeug kann dann dem vom Fahrer vorgegebenen Lenkwinkel folgen. Auch wird die durchschnittliche Fahrzeugverzögerung verbessert, weil das Motorschleppmoment nunmehr über alle vier Räder (unter der Annahme eines zweiachsigen Fahrzeugs mit zwei Rädern pro Achse) übertragen wird.A locking clutch in the transfer case of a vehicle with permanent all-wheel drive or a distributor clutch that can be activated as required (on-demand clutch) can also be controlled in the manner according to the invention in order to make maneuvers that are critical in terms of driving dynamics significantly less critical. For example, in a front-axle-driven vehicle, the rear axle of which can be activated by means of a distributor clutch, when changing lanes on slippery roads, high engine drag torques can act on the front wheels during push operation (with the gas removed) and therefore a comparatively strong brake slip occurs on the front wheels , The cornering forces on the front wheels decrease so much that the vehicle can no longer follow the steering movements of the wheels. It slips - understeering to the greatest extent - straight ahead. The invention, on the other hand, enables this unstable hold about the yaw rate difference that arises. By activating the distributor clutch depending on the yaw rate difference, the engine drag torque is partially diverted from the front axle to the rear axle, so that the cornering potential of the (steered) front wheels increases. The vehicle can then follow the steering angle specified by the driver. The average vehicle deceleration is also improved because the engine drag torque is now transmitted over all four wheels (assuming a two-axle vehicle with two wheels per axle).
Das erfindungsgemäße Steuerkonzept ist zudem unempfindlich gegenüber Einflussparametern wie dem Fahrbahnreibwert, dem Beladungszustand des Fahrzeugs und der Reifenart. Da die geregelte Größe bei dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel die Giergeschwindigkeitsdifferenz ist, kann die stabilisierende, das fahrdynamische Verhalten verbessernde Wirkung der Erfindung im Wesentlichen in gleicher Weise auf allen Fahrbahnbelägen erzielt werden.The control concept according to the invention is also insensitive to influencing parameters such as the road coefficient of friction, the loading condition of the vehicle and the type of tire. Since the controlled variable in the exemplary embodiment considered here is the yaw rate difference, the stabilizing effect of the invention which improves the driving dynamics behavior can be achieved essentially in the same way on all road surfaces.
Das Diagramm der Figur 3 zeigt beispielhafte Resultate für ein Allradfahrzeug mit Verteilergetriebe bei einem Lastwechselvorgang in der Kurve. Das Fahrzeug weist drei Differentiale auf, nämlich ein Vorderachsdifferential, ein Hinterachsdifferential sowie ein Mittendifferential im Verteilergetriebe. Jedem dieser Differentiale ist eine Sperrkupplung zugeordnet, durch die das betreffende Differential teilweise oder vollständig gesperrt werden kann. Eine Kurve 102 zeigt den zeitlichen Verlauf der Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs für den Fall, dass alle drei Differentiale während des Lastwechselvorgangs offen, d.h. ungesperrt, bleiben. Man erkennt einen starken An- stieg der Giergeschwindigkeit nach dem zum Zeitpunkt t = 0 stattfindenden Lastwechsel (plötzliche Gaswegnahme durch den Fahrer). Dieser Anstieg bedeutet eine deutliche Instabilität im fahrdynamischen Verhalten des Fahrzeugs, die sich in einem sehr schwierig zu beherrschenden Übersteuern äußert.The diagram in FIG. 3 shows exemplary results for a four-wheel drive vehicle with a transfer case during a load change process in the curve. The vehicle has three differentials, namely a front axle differential, a rear axle differential and a center differential in the transfer case. A locking clutch is assigned to each of these differentials, by means of which the differential in question can be partially or completely locked. A curve 102 shows the course over time of the yaw rate of the vehicle in the event that all three differentials are open during the load change process, i.e. remain unlocked. One can see a strong increase in the yaw rate after the load change taking place at time t = 0 (sudden gas removal by the driver). This increase means a clear instability in the vehicle's dynamic driving behavior, which manifests itself in oversteer that is very difficult to master.
Eine Kurve 104 stellt den Fall dar, dass alle drei Sperrkupplungen zum Zeitpunkt des Lastwechsels vollständig geschlossen werden. Dadurch wird ein etwas untersteuerndes Fahrverhalten realisiert, das an der Abnahme der Giergeschwindigkeit erkennbar ist.A curve 104 represents the case in which all three locking clutches are fully closed at the time of the load change. This results in a somewhat understeering driving behavior, which can be recognized from the decrease in yaw rate.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann durch geeignete Abstimmung ein beliebiger Zeitverlauf der Giergeschwindigkeit innerhalb des durch die Kurven 102, 104 abgedeckten Bereichs eingestellt werden. Ein möglicher bei Anwendung der Erfindung
erzielbarer Zeitverlauf der Giergeschwindigkeit beim Lastwechselvorgang ist durch eine Kurve 106 dargestellt. Je nachdem, wie stark die einzelnen Sperrkupplungen des Fahrzeugs beim Lastwechsel geschlossen werden, kann sich die Lage und Form der Kurve 106 verändern. Die übrigen Kurven 108, 110, 112 und 114 zeigen bei- spielhafte Zeitverläufe der Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs, wenn zum Zeitpunkt des Lastwechsels nur ein Teil der Sperrkupplungen - unabhängig von auftretenden Giergeschwindigkeitsdifferenzen - geschlossen wird. Die Kurve 108 betrifft dabei den Fall, dass nur die Vorderachs-Sperrkupplung geschlossen wird, die Kurve 110 den Fall, dass nur die Hinterachs-Sperrkupplung geschlossen wird, die Kurve 112 den Fall, dass allein das Mittendifferential gesperrt wird, und die Kurve 114 den Fall, dass das Mittendifferential und das Hinterachsdifferential gesperrt werden.With the solution according to the invention, any time course of the yaw rate within the range covered by curves 102, 104 can be set by suitable tuning. A possible one when using the invention Achievable time course of the yaw rate during the load change process is represented by a curve 106. The position and shape of curve 106 can change depending on how strongly the individual locking clutches of the vehicle are closed when the load changes. The other curves 108, 110, 112 and 114 show exemplary time profiles of the yaw rate of the vehicle when only a part of the lock-up clutches is closed at the time of the load change, regardless of the yaw rate differences that occur. Curve 108 relates to the case in which only the front axle locking clutch is closed, curve 110 to the case in which only the rear axle locking clutch is closed, curve 112 to the case in which the center differential alone is locked, and curve 114 to In the event that the center differential and the rear axle differential are locked.
Das beispielhafte Zeitdiagramm der Figur 4 wurde für ein frontangetriebenes Fahrzeug erstellt, das mit einem elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP) ausgerüstet ist. Das elektronische Stabilitätsprogramm bewirkt abhängig von den Drehzahlen der Räder, dem Lenkeinschlag und der Querbeschleunigung sowie dem Giermoment des Fahrzeugs Bremseingriffe an den Rädern sowie leistungsverringernde Eingriffe am Antriebsmotor des Fahrzeugs. Eine Kurve 202 zeigt beispielhaft den zeitlichen Verlauf der Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs, wenn bei einem Lastwechsel Vorgang in der Kurve das Vorderachsdifferential offen bleibt und das elektronische Stabilitätsprogramm ausgeschaltet ist. Es stellt sich ein Anstieg der Giergeschwindigkeit nach dem Lastwechsel (t = 0) ein, das Fahrzeug übersteuert also. Wird das Vorderachsdifferential bzw. die diesem zugeordnete Sperrkupplung in der erfindungsgemäßen Weise abhängig von Giergeschwindigkeitsdifferenzen gesteuert und bleibt gleichzeitig das elektronische Stabilitätsprogramm ausgeschaltet, stellt sich eine Kurve 204 ein. An der weniger stark zunehmenden Giergeschwindigkeit ist die gewünschte Abschwä- chung des Lastwechselübersteuerns deutlich erkennbar. Eine ähnlich Abschwächung des Lastwechselübersteuerns wird auch durch das elektronische Stabilitätsprogramm bei offenem Differential erreicht, wie durch eine Kurve 206 dargestellt. Man erkennt jedoch, dass erst eine gewisse Zeit verstreichen muss, bevor das elektronische Stabilitätsprogramm anspricht. Insgesamt ist der Regelvorgang auch "rauher", was an den vergleichsweise starken Schwankungen der Giergeschwindigkeit erkennbar ist.The exemplary time diagram of FIG. 4 was created for a front-wheel drive vehicle that is equipped with an electronic stability program (ESP). Depending on the speed of the wheels, the steering angle and lateral acceleration as well as the yawing moment of the vehicle, the electronic stability program effects braking interventions on the wheels and performance-reducing interventions on the drive motor of the vehicle. A curve 202 shows, by way of example, the course of the yaw rate of the vehicle over time when the front axle differential remains open during a load change process in the curve and the electronic stability program is switched off. The yaw rate increases after the load change (t = 0), so the vehicle oversteers. If the front axle differential or the locking clutch assigned to it is controlled in the manner according to the invention as a function of yaw rate differences and at the same time the electronic stability program remains switched off, a curve 204 is established. The desired weakening of the load change oversteer is clearly recognizable from the less rapidly increasing yaw rate. A similar weakening of the load change oversteer is also achieved by the electronic stability program with the differential open, as shown by a curve 206. However, it can be seen that a certain amount of time must elapse before the electronic stability program responds. Overall, the control process is also "rougher", which can be seen from the comparatively strong fluctuations in the yaw rate.
Im unteren Teil des Diagramms der Figur 4 sind zugehörige Zeitverläufe der Längs- beschleunigung des Fahrzeugs gezeigt. Eine Kurve 212 betrifft dabei den Fall des offenen Differentials bei abgeschaltetem elektronischen Stabilitätsprogramm, während eine Kurve 214 den Fall des offenen Differentials, jedoch bei eingeschaltetem
elektronischen Stabilitätsprogramm darstellt und eine Kurve 216 den Fall darstellt, dass die Vorderachs-Sperrkupplung des Fahrzeugs in der erfindungsgemäßen Weise abhängig von Giergeschwindigkeitsdifferenzen geregelt wird. Da beim elektronischen Stabilitätsprogramm die Korrektur unter anderem dadurch erreicht wird, dass einzel- ne Räder abgebremst werden, können unkomfortable Verzögerungsspitzen auftreten, die deutlich bei der Kurve 214 zu erkennen sind. Die erfindungsgemäße Kupplungsregelung greift dagegen früher ein als das elektronische Stabilitätsprogramm und führt zu einem gleichmäßigeren Verlauf der Giergeschwindigkeit, wobei auch bei der Fahrzeugverzögerung keine wesentlichen Sprünge oder Unregelmäßigkeiten auftre- ten. Wären im hier betrachteten Beispielfall sowohl das erfindungsgemäße Steuerkonzept als auch das elektronische Stabilitätsprogramm aktiviert, wäre an sich gar kein Eingreifen des elektronischen Stabilitätsprogramms erforderlich, da allein durch die Steuerung der Vorderachs-Sperrkupplung abhängig von Giergeschwindigkeitsdifferenzen das Lastwechselübersteuern weitestgehend eliminiert werden kann.In the lower part of the diagram in FIG. 4, associated time profiles of the longitudinal acceleration of the vehicle are shown. Curve 212 relates to the case of the open differential when the electronic stability program is switched off, while curve 214 relates to the case of the open differential but when the electronic differential program is switched on represents electronic stability program and a curve 216 represents the case that the front axle lock clutch of the vehicle is regulated in the manner according to the invention depending on yaw rate differences. Since the correction in the electronic stability program is achieved, inter alia, by braking individual wheels, uncomfortable deceleration peaks can occur, which can be clearly seen on curve 214. The clutch control according to the invention, on the other hand, intervenes earlier than the electronic stability program and leads to a more uniform course of the yaw rate, with no significant jumps or irregularities occurring even when the vehicle is decelerating. If both the control concept according to the invention and the electronic stability program were activated in the example case considered here, Intervention of the electronic stability program would not be necessary as such, simply by controlling the front axle locking clutch, depending on yaw rate differences, the load change oversteer can be largely eliminated.
Die Diagramme der Figuren 5a und 5b betreffen schließlich den Fall, dass ein Fahrzeug mit einer primär angetriebenen Vorderachse und einer über eine Verteilerkupplung bedarfsweise zuschaltbaren Hinterachse zum Zeitpunkt t = 0 ein Spurwechselmanöver bei weggenommenem Gas ("Overrun") einleitet. Figur 5a zeigt beispielhafte Zeitverläufe des Lenkradwinkels (strichpunktierte Kurve), der theoretischen Giergeschwindigkeit (gestrichelte Kurve) sowie der tatsächlichen Giergeschwindigkeit (punktierte Kurve) bei offener Verteilerkupplung. Figur 5b dagegen zeigt beispielhafte Zeitverläufe dieser Parameter für den Fall, dass die Verteilerkupplung des Fahrzeugs abhängig von Giergeschwindigkeitsdifferenzen (Differenz zwischen theoretischer Giergeschwindigkeit und tatsächlicher Giergeschwindigkeit) gesteuert wird.Finally, the diagrams in FIGS. 5a and 5b relate to the case in which a vehicle with a primarily driven front axle and a rear axle that can be optionally activated via a distributor clutch initiates a lane change maneuver with the gas removed ("overrun") at time t = 0. FIG. 5a shows exemplary time profiles of the steering wheel angle (dash-dotted curve), the theoretical yaw rate (dashed curve) and the actual yaw rate (dotted curve) with the distributor clutch open. FIG. 5b, on the other hand, shows exemplary time profiles of these parameters in the event that the distributor clutch of the vehicle is controlled as a function of yaw rate differences (difference between theoretical yaw rate and actual yaw rate).
Bei offener Verteilerkupplung stellt sich trotz sehr großer Lenkradwinkel und entsprechend großer theoretischer bzw. Soll-Giergeschwindigkeit nur ein recht flacher Ver- lauf der tatsächlichen Giergeschwindigkeit ein. Das Fahrzeug kann den Lenkbefehlen des Fahrers demnach nur sehr eingeschränkt folgen (Figur 5a). Wird die Verteilerkupplung dagegen bei auftretenden Abweichungen zwischen theoretischer und tatsächlicher Giergeschwindigkeit wenigstens teilweise geschlossen, bleibt die Giergeschwindigkeitsdifferenz gering. Dies führt dazu, dass das Fahrzeug den Lenk- befehlen folgen kann (Figur 5b). Dementsprechend sind nur kleinere Lenkradwinkel notwendig, um das gleiche Spurwechselmanöver wie bei offener Verteilerkupplung durchzuführen.
When the distributor clutch is open, despite the very large steering wheel angle and correspondingly high theoretical or target yaw rate, only a very flat course of the actual yaw rate occurs. The vehicle can therefore only follow the driver's steering commands to a very limited extent (FIG. 5a). If, on the other hand, the distributor clutch is at least partially closed when there are deviations between the theoretical and the actual yaw rate, the yaw rate difference remains small. This means that the vehicle can follow the steering commands (Figure 5b). Accordingly, only smaller steering wheel angles are necessary in order to carry out the same lane change maneuver as when the distributor clutch is open.