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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die
Steuerung eines Differentials, insbesondere eines
Differentials für ein Kraftfahrzeug, sowie eine Vorrichtung
für die Durchführung des Verfahrens.
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Ein Differential ist ein mechanischer Teil des
Übersetzungsgetriebes eines Kraftfahrzeuges, das es den
angetriebenen Rädern erlaubt, in Kurven mit zwei
unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten zu laufen.
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Zu diesem Zweck ist ein Kraftfahrzeug, das zwei
angetriebene Räder besitzt, mit einem Differential
ausgestattet, welches zwischen den Antriebsrädern eingebaut
ist. Ein Kraftfahrzeug mit vier angetriebenen Rädern
besitzt drei Differentiale, eines für die Vorderachse,
eines für die Hinterachse und schließlich ein drittes
Differential, welches zwischen der Vorderachse und der
Hinterachse angeordnet ist.
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Bestimmte Kraftfahrzeuge, die als Geländefahrzeuge
eingesetzt werden, besitzen eine Steuerung, die es erlaubt,
ein oder mehrere Differentiale zu sperren, um ein Rutschen
der Reifentraktion oder ein Durchdrehen der Räder zu
verhindern.
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Solche Differentiale können nichtspurgebunden oder
selbstsperrend oder aber gesteuert sein (siehe das Dokument
EP-A-149 742, welches ein Verfahren nach dem Oberbegriff
von Anspruch 1 beschreibt).
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Serienmäßige Kraftfahrzeuge sind im allgemeinen mit einem
nichtspurgebundenen Differential ausgerüstet, welches
beliebige Geschwindigkeitsunterschiede zwischen den
Antriebsrädern erlaubt. Beim Fahren auf einem Boden mit
schlechter Haftung ist die Antriebskraft des
Kraftfahrzeuges schwach, da sich, wenn ein Rad durchdreht,
das gesamte Antriebsmoment des Motors auf dieses Rad
überträgt.
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Bestimmte Kraftfahrzeuge, insbesondere solche vom
sportlichen Typ, besitzen ein selbstsperrendes
Differential. In diesem Fall neigt das Differential dazu,
sich zu sperren, wenn ein Antriebsrad durchdreht und
überträgt dann einen Teil des Antriebsmomentes des Motors
auf das Rad, das nicht durchdreht. Die Antriebskraft des
Kraftfahrzeuges wird dadurch verbessert und der
Geschwindigkeitsunterschied zwischen den Antriebsrädern
tendiert dazu, sich zu verringern.
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Differentiale dieses Typs weisen jedoch eine gewisse Anzahl
von Nachteilen auf.
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Wenn keines der Räder durchdreht, weisen bestimmte
selbstsperrende Differentiale eine leichte residuelle
Blockierung auf. Die Verbindung dieser Differentiale mit
einem Antiblockiersystem für die Räder ist dann extrem
schwierig. Außerdem haben bestimmte selbstsperrende
Differentiale auch eine relativ lange Ansprechzeit.
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Bei allen selbstsperrenden oder mechanisch betätigten
Differentialen sind die Gesetze, die die Funktion des
Differentials leiten, mechanische Gesetze, die nur sehr
schwer genau zu regulieren sind. Außerdem stellt man im
Laufe der Zeit eine Streuung und Veränderung der
Eigenschaften fest.
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Solche Verfahren und Vorrichtungen für die Steuerung dieser
Differentiale können eine Information verwenden, welche den
Einschlagwinkel des Steuerrads betrifft.
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Die Messung dieses Einschlagwinkels des Steuerrades
beinhaltet jedoch eine gewisse Anzahl von Nachteilen, da
diese Information mit Hilfe von Heßgebern erfaßt werden
muß, welche nur schwer einsetzbar sind.
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Das Ziel der Erfindung besteht deshalb darin, diese
Probleme dadurch zu lösen, daß ein Verfahren und eine
Vorrichtung für die Steuerung eines Differentials
vorgeschlagen wird, die einfach, zuverlässig und
kostengünstig sind und bei denen keine Informationen
bezüglich des Einschlagwinkels des Steuerrades verwendet
werden müssen.
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In diesem Sinne bezieht sich die Erfindung auf ein
Verfahren für die Steuerung eines Differentials,
insbesondere eines Differentials für ein Kraftfahrzeug, bei
dem der nominale Wert eines Parameters für die Steuerung
des Differentials auf der Grundlage der Fahrgeschwindigkeit
des Kraftfahrzeuges und der Motorlast bestimmt wird, und
bei dem der Wert dieses Parameters aufgrund einer Variablen
korrigiert wird, die für die unterschiedliche
Rotationsgeschwindigkeit der Räder des Kraftfahrzeuges
und/oder der mit dem Dif ferential verbundenen Einlaß- oder
Auslaßwellen repräsentativ ist, und mit Hilfe eines
Signals, welches für den Abbremszustand des Kraftfahrzeuges
repräsentativ ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der
Startphase, in der die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges
unter einem vorbestimmten Wert liegt, festgestellt wird, ob
die Veränderungen der für den Geschwindigkeitsunterschied
repräsentativen Variablen über einem bestimmten
Schwellenwert liegen, und, falls nicht, der Wert des
Parameters für die Steuerung des Differentials
aufrechterhalten wird, und, falls ja, der Wert dieses
Parameters proportional zu dem Geschwindigkeitsunterschied
und der Motorlast inkrementiert wird, und sobald der
Geschwindigkeitsunterschied abnimmt, der Wert des
Parameters für die Steuerung nach einer vorbestimmten Kurve
bis auf den nominalen Wert reduziert wird
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Nach einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung
ebenfalls auf eine Vorrichtung für die Durchführung des
vorbeschriebenen Verfahrens.
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Die Erfindung wird mit Hilfe der nachfolgenden Beschreibung
besser verständlich die nur als Beispiel gelten soll und
sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht, in denen
folgendes dargestellt ist:
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Die Fig. 1 zeigt eine synoptische Übersicht über eine
Vorrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens; und
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Die Fig. 2 zeigt ein Organigramm des erfindungsgemäßen
Steuerungsverfahrens, das in einem Kraftfahrzeug mit
Vorderradantrieb eingesetzt wird.
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Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, welche eine Ausführungsart
einer Vorrichtung für die Durchführung eines
erf indungsgemäßen Steuerungsverfahrens darstellt, enthält
diese Vorrichtung einen Rechner (1), welcher an seinen
Eingängen Signale (A, B, C und D) erfaßt, die jeweils für
die Rotationsgeschwindigkeiten der linken und rechten
Vorderräder und der linken und rechten Hinterräder des
Kraftfahrzeuges repräsentativ sind.
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Außerdem empfängt dieser Rechner ebenfalls ein Signal (F),
welches für die Motorlast repräsentativ ist, sowie ein
Signal (G), welches für den Abbremszustand des
Kraftfahrzeuges repräsentativ ist.
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Das Signal (S) kennzeichnet den Ausgang des Rechners,
welcher auf ein Steuerorgan des Differentials des
Kraftfahrzeuges einwirkt.
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Die Informationen (A, B, C und D), welche die
Rotationsgeschwindigkeiten der Räder des Kraftfahrzeuges
betreffen, können zum Beipiel aus einem Anitblcckierrechner
für die Räder abgeleitet werden, während die Information
bezüglich der Motorlast aus einer Information bestehen
kann, die sich auf die Stellung einer Steuerklappe für die
Brennstoff zufuhr des Motors, auf den Druck eines
Turbokompressors, soweit der Motor mit einem solchen
ausgerüstet ist, oder auf das Einspritzsystem od.dgl.
bezieht.
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Die Information bezüglich des Abbremszustandes des
Kraftfahrzeuges ist eine Information vom Typ "alles oder
nichts", die anzeigt, ob der Fahrer das Bremspedal des
Kraftfahrzeug betätigt oder nicht betätigt.
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Der auf ein Steuerorgan des Differentials einwirkende
Ausgang (S) des Rechners (1) kann zum Beispiel ein
Magnetventil, ein Servoventil, einen Elektromotor od.dgl.,
steuern.
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In der nachstehenden Beschreibung wird als Beispiel
angenommen, daß der. Rechner auf ein Servoventil für die
Steuerung des Differentials einwirkt, wobei dann die
physikalische Größe, welche auf dieses Differential
beaufschlagt wird, ein hydraulischer Druck ist. Als
Beispiel wird ebenfalls der Fall in Betracht gezogen, in
dem das Kraftfahrzeug mit einer angetriebenen Vorderachse
ausgerüstet ist.
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Wie später noch im Einzelnen beschrieben wird, benutzt der
Rechner (1) die eingegebenen Informationen dazu, den
nominalen Wert eines Steuerparameters für das Differential
auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit und aufgrund
der Stellung einer Vorrichtung festzulegen, welche es
erlaubt, die Motorlast zu verändern und korrigiert dann den
Wert des Parameters entsprechend einer Variablen, welche
für den Unterschied in der Rotationsgeschwindigkeit der
Antriebsräder des Kraftfahrzeuges oder der Einlaß- und
Auslaßwellen repräsentativ ist, welche mit diesem
Dif ferential verbunden sind, und entsprechend einem Signal,
welches für den Zustand des Bremssystems des
Kraftfahrzeuges repräsentativ ist.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, welche ein Organigramm der
Funktion des Rechners für die Durchführung des
erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens darstellt, beginnt
dieses Verfahren mit einer Etappe (2) der Erfassung der in
Bezug auf die Fig. 1 beschriebenen Informationen. Unter der
Bezugsnummer (3) ist eine Etappe für die Berechnung des
Geschwindigkeitsunterschiedes zwischen den rechten und
linken Vorderrädern des Kraftfahrzeuges in dem
beschriebenen Beispiel gekennzeichnet. Diese Information
über den Geschwindigkeitsunterschied wird in der
nachstehend beschriebenen Weise verwendet.
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Unter der Bezugsnummer (4) ist eine Etappe für die
Berechnung oder Ablesung aus einer Tabelle des nominalen
Steuerdruckes des Differentials vorgesehen. Dieser Druck
ist abhängig von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges
und von der Motorlast. Als Geschwindigkeit (N) des
Kraftfahrzeuges wird die minimale Geschwindigkeit der vier
Räder des Kraftfahrzeuges ausgewählt. Diese Auswahl gilt im
Falle einer Bremsung nicht mehr, aber in diesem Fall wird
das Differential in jedem Fall entriegelt und die
Information über die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges
wird nicht mehr berücksichtigt.
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Daher besteht das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren in
einer ersten Phase darin, den nominalen Wert eines
Parameters für die Steuerung des Differentials auf der
Grundlage der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges und
aufgrund der Position einer Vorrichtung festzustellen,
welche es erlaubt, die Motorlast zu verändern.
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Wie dies nachstehend noch im Einzelnen beschrieben wird,
wird der Wert dieses Parameters anschließend entsprechend
einer Variablen korrigiert, welche für den Unterschied in
der Rotationsgeschwindigkeit zwischen den Rädern des
Kraftfahrzeugen und/oder den Einlaß- und Auslaßwellen
repräsentativ ist, welche an das Differential angeschlossen
sind, je nach dem, ob das Fahrzeug mit zwei oder aber mit
vier angetriebenen Rädern ausgerüstet ist, sowie
entsprechend einem Signal, welches für das Bremssystem des
Kraftfahrzeuges repräsentativ ist.
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Unter der Bezugsnummer (5) ist eine Etappe vorgesehen, um
zu bestimmen, ob sich das Kraftfahrzeug in der Startphase
oder in der Rollphase befindet. In dieser Etappe wird die
Geschwindigkeit (N) des Kraftfahrzeuges mit einem
bestimmten Wert verglichen, zum Beispiel mit einem Wert von
20 km/h.
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Wenn die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeug unter einem Wert
von zum Beispiel 20 km/h liegt, so befindet sich das
Kraftfahrzeug in der Startphase und der absolute Wert des
Unterschiedes der Geschwindigkeit zwischen den rechten und
linken Vorderrädern wird unter der Bezugsnummer (6) mit
einem bestimmten Schwellenwert verglichen.
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Wenn der absolute Wert des Unterschiedes der
Geschwindigkeit über diesem Schwellenwert liegt, ist unter
der Bezugsnummer (7) eine Etappe vorgesehen, um
festzustellen, ob das Kraftfahrzeug Einparkmanöver
durchführt, oder nicht. Dies erfolgt dadurch, daß man
feststellt, ob die Veränderungen der für den
Geschwindigkeitsunterschied repräsentativen Variablen über
einem bestimmten Schwellenwert liegen oder nicht.
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Wenn das Kraftfahrzeug Einparkmanöver durchführt, erfolgen
die Veränderungen des Geschwindigkeitsunterschiedes relativ
langsam und in diesem Fall ist es nicht notwendig, den
vorher errechneten nominalen Druck zu korrigieren.
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Soweit die Veränderungen des Geschwindigkeitsunterschiedes
relativ übergangslos erfolgen, befindet sich das
Kraftfahrzeug in einer Phase, in der die Räder aufgrund
eines Haftungsverlustes durchdrehen.
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In diesem Fall ist unter der Bezugsnummer (8) eine Phase
der Erhöhung des Wertes des Steuerdruckes des Differentials
vorgesehen, welche proportional zu dem
Gewschwindigkeitsunterschied und der Motorlast erfolgt.
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Sobald der Geschwindigkeitsunterschied in der mit (9)
bezeichneten Etappe abnimmt, folgt eine Etappe (10), in der
der Wert des Parameters für die Steuerung des Differentials
in einer vorbestimmten Kurve bis auf den nominalen Wert
abgesenkt wird. Diese Kurve kann konstant sein, und zum
Beispiel 20.10&sup5; Pa/s betragen, oder aber von mehreren
Parametern abhängen, wie zum Beispiel dem
Geschwindigkeitsunterschied oder der Motorlast od.dgl.
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Wenn während dem Durchdrehen der Räder der
Geschwindigkeitsunterschied zum Beispiel unter der
Bezugsnummer (11) das Vorzeichen ändert, das heißt, wenn
sich der Schlupf von einem Rad auf das andere überträgt,
was zu Stoßbelastungen und einem Haftungsverlust der
Antriebsräder führen kann, wird der Steuerdruck unter der
Bezugsnummer (12) reduziert, um das Differential zu
entriegeln, um damit den Haftungsverlust des Rades zu
vermeiden. Der Druck wird nach einer konstanten Kurve
reduziert, die zum Beispiel 20.10&sup5; Pa/s betragen kann, oder
aber, wie vorher beschrieben, in Abhängigkeit von
verschiedenen Parametern.
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Im Falle einer positiven Reaktion auf den unter unter der
Bezugsnummer (5) beschriebenen Versuch, daß heißt, wenn
sich das Kraftfahrzeug in der Rollphase befindet und seine
Geschwindigkeit höher als der vorbestimmte Wert ist, folgt
eine Etappe (13), in der festgestellt wird, ob der absolute
Wert des Geschwindigkeitsunterschiedes geteilt durch die
Fahrzueggeschwindigkeit (N) über einem bestimmten Wert
liegt, oder nicht liegt, wie zum Beispiel einem Wert, der
gleich 0,1 ist.
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Im Falle einer negativen Reaktion auf diesen Versuch wird
der Wert des Druckes aufrechterhalten und zur Phase (2) der
Datenerfassung zurückgekehrt, während bei einer positiven
Reaktion auf diesen Versuch die Etappe (8) der
Druckerhöhung erreicht wird.
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Wenn sich das Fahrzeug in der Rollphase bef indet, besteht
keine Möglichkeit, Einparkmanöver durchzuführen.
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Im Falle einer negativen Reaktion auf den Versuch (6) und
einer positiven Reaktion auf den Versuch (7) wird ebenfalls
zur ursprünglichen Etappe der Datenerf assung zurückgekehrt.
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Wenn die Reaktionen auf die unter den Bezugsnummern (9) und
(11) durchgeführten Versuche negativ sind, wird ebenfalls
zu der ursprünglichen Etappe (2) zurückgekehrt.
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Im Falle einer Abbremsphase des Kraftfahrzeuges, welche
durch die Information über den Zustand des Bremssystems des
Kraftfahrzeug bestimmt wird, muß das Differential so
schnell wie möglich entriegelt werden.
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Sobald die Information über den Zustand des Bremssystems
des Kraftfahrzeuges eine Betätigung durch den Fahrers
anzeigt, wird der Steuerdruck des Differentials unabhängig
von der Aussage anderer Informationen reduziert.
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Dies ist in dem Organigramm der Fig. 2 nicht dargestellt,
da, weil diese Information über den Bremszustand vorrangig
ist, der Rechner solche Informationen permanent auswertet
und das Differential unabhängig von der von ihm gerade
durchgeführten Aufgabe, das heißt, an einem beliebigen
Punkt des Organigrammes, entriegelt.
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Um festzustellen, ob die Räder des Kraftfahrzeuges Schlupf
haben, oder nicht, ist es ebenfalls möglich, den
Geschwindigkeitsunterschied der Vorderräder des
Kraftfahrzeuges mit dem Geschwindigkeitsunterschied der
Hinterräder des Kraftfahrzeuges zu vergleichen, statt nur
den Geschwindigkeitsunterschied zwischen den Antriebsrädern
des Kraftfahrzeuges zu vergleichen.
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Auf diese Weise kann man den Schlupf der Räder bei
Kurvenfahrten besser unterscheiden.
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Wenn die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges unter 20 km/h
liegt und der absolute Wert des
Geschwindigkeitsunterschiedes der Vorderräder minus dem
Geschwindigkeitsunterschied der Hinterräder des
Kraftfahrzeuges über einem bestimmten Schwellenwert liegt,
drehen die Räder durch. In gleicher Weise, wenn die
Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges über 20 km/h liegt und
der absolute Wert des GeschwindigkeitsunterschiedeS der
Vorderräder geteilt durch die Geschwindigkeit des
Kraftfahrzeuges minus dem Geschwindigkeitsunterschied der
Hinterräder geteilt durch die Fahrzeuggeschwindigkeit über
einem vorbestimmten Schwellenwert liegt, so drehen die
Räder durch.