DE102004045164A1

DE102004045164A1 - Steuersystem für interaktiven Antrieb und Fahrzeugsteuerung

Info

Publication number: DE102004045164A1
Application number: DE102004045164A
Authority: DE
Inventors: Brian B. Auburn Hills Ginther; John A. Troy Peterson
Original assignee: BorgWarner Inc; Borg Warner Automotive Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2005-04-14
Also published as: GB2406178B; CN100390003C; US7007763B2; JP4542403B2; JP2005088889A; GB2406178A; CN1597410A; GB0419733D0; KR101043386B1; US20050064993A1; KR20050028790A

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum unabhängigen, d. h. asymmetrischen, Steuern der Drehmomentabgabe an die beiden Hinterachsen und Räder eines Fahrzeuges mit Vorderradantrieb beschrieben, die für eine verbesserte Fahrzeughandhabung und ein verbessertes Fahrzeugverhalten sorgen. Die Vorrichtung umfasst eine Primärbewegungseinheit, eine Transaxle, einen Abtrieb, eine Hinterachse mit einem Paar von unabhängig voneinander steuerbaren Modulationskupplungen, die eine entsprechende Hinterachse und Räder antreiben, diverse Fahrzeugsensoren und einen Mikroprozessor. Das Verfahren, das in Software des Mikroprozessors realisiert ist, tastet die Raddrehzahlen, die Gierrate, die Seitenbeschleunigung, die Drosselklappenposition und den Lenkradwinkel ab, bestimmt diverse Referenzwerte und Übersteuerungs- und Untersteuerungsbedingungen und aktiviert eine Kupplung oder die beiden Kupplungen.

Description

Die Erfindung betrifft generell ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Drehmomentabgabe an die Hinterräder eines Fahrzeuges mit Vorderradantrieb, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern des unabhängigen Einrückens von Kupplungen, die im hinteren Bereich eines Fahrzeuges mit Vorderradantrieb angeordnet sind, bei welchem die entsprechenden Hinterräder asymmetrisch mit Antriebsdrehmoment beaufschlagt werden.

Es wurden umfangreiche Untersuchungen in bezug auf viele Aspekte der Fahrzeugsteuerung und des Fahrzeugverhaltens bei Fahrzeugen durchgeführt, die mit adaptiven Vierradantriebssystemen versehen sind. Da bei derartigen Fahrzeugen, die mit Vierradantriebssystemen ausgerüstet sind, die Möglichkeit besteht, die Drehmomentbeaufschlagung für alle vier Fahrzeugräder und nicht nur für zwei Räder, wie bei vielen Fahrzeugen, zu überwachen und zu steuern, ist auch die Möglichkeit gegeben, bei derarti gen Fahrzeugen das Verhalten und die Verhaltenseigenschaften signifikant zu verbessern.

Viele patentierte Systeme betreffen die Fähigkeiten von Vierradantriebssystemen, zur Aufrechterhaltung der Fahrzeugsteuerung beispielsweise den Schlupf zu steuern, eine optimale Beschleunigung und Verzögerung zu erreichen oder eine maximale Beschleunigung und Verzögerung zu verwirklichen, und nutzen diese Fähigkeiten aus.

Zusätzlich zur Rutsch- oder Schlupferfassung und Steuerung bezieht sich ein neuerer Bereich von Patentaktivitäten auf die Steuerung der Gierbewegung des Fahrzeuges, d.h. die Bewegung des Fahrzeuges um seine Z-Achse oder vertikale Mittelachse.

Beispielsweise betrifft die US-PS 5 332 059 ein Steuersystem für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb, das einen Lenkwinkelsensor und eine über ein hinters Differential angeordnete Kupplung umfasst. Die Kupplung verhindert eine Differentialwirkung in Abhängigkeit von der abgetasteten Fahrzeuggeschwindigkeit, vom Lenkwinkel und von der Längs- und Seitenbeschleunigung.

Die US-PS 5 341 893 beschreibt ein Vierradantriebssystem für ein Fahrzeug, wie eine Zugmaschine, bei dem ein vorderes Differential ein linkes und rechtes Vorderrad antreibt und Drehmoment über unabhängige Kupplungen den Hinterrädern zugeführt wird.

Die US-PS 6 076 033 offenbart ein Verfahren zur Giersteuerung in einem Motorfahrzeug durch die Erzeugung von wechselseitig auschließlichen Brems- und Antriebkräften an den linken und rechten Rädern eines Fahrzeuges.

Ein anderes Vierradantriebssystem ist in der US-PS 6 145 614 beschrieben, die ein Vierradantriebssystem mit einem mittleren Differential mit einer Differentialwirkungsverhinderungsvorrichtung, die über das Differential angeordnet ist, und einem zweiten Differential an der Primärachse, über das ebenfalls eine Differentialwirkungsverhinderungskupplung angeordnet ist, beschreibt. Das System umfasst ferner einen Drehsensor und eine Einrichtung zum Einstellen des Ausmaßes der Differentialverhinderung in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz zwischen dem rechten und linken Hauptantriebsrad.

Aus der vorstehend wiedergegebenen Übersicht von Veröffentlichungen, die sich mit der Giersteuerung von Motorfahrzeugen befassen, wird offensichtlich, dass Verbesserungen auf diesem Sektor wünschenswert sind.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum unabhängigen, d.h. asymmetrischen, Steuern der Drehmomentabgabe an die beiden Hinterachsen und Räder eines Fahrzeuges mit Vorderradantrieb, die für eine verbesserte Fahrzeughandhabung und ein verbessertes Fahrzeugverhalten sorgen. Die Vorrichtung umfasst eine Primärbewegungseinrichtung, eine Transaxle, einen Abtrieb, eine Hinterachse mit einem Paar von unabhängig voneinander steuerbaren Modulationskupplungen, die eine entsprechende Hinterachse und Räder antreiben, diverse Fahrzeugsensoren und einen Mikroprozessor. Das Verfahren, das in Software im Mikroprozessor realisiert ist, tastet die Raddrehzahlen, die Gierrate, die Seitenbeschleunigung, die Drosselklappenposition und den Lenkradwinkel ab, bestimmt diverse Referenzwerte und Übersteuer- und Untersteuerbedingungen und aktiviert eine oder beide Kupplungen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum asymmetrischen Abgeben von Drehmoment über Zwillingskupplungen an die Hinterachsen und Räder eines Motorfahrzeuges mit Vorderradantrieb zur Verfügung zu stellen.

Des weiteren soll erfindungsgemäß ein Verfahren zum unabhängigen Steuern von Zwillingskupplungen in einer Hinterachse eines Motorfahrzeuges mit Vorderradantrieb zur Verfügung gestellt werden, um eine verbesserte Fahrzeughandhabung und Steuerung zu erreichen.

Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung betrifft die Schaffung eines Verfahrens zum Steuern der unabhängigen Betätigung einer linken und rechten Kupplung einer Hinterachse eines Motorfahrzeuges mit Vorderradantrieb auf der Basis von abgetasteten Raddrehzahlen, der Gierrate, der Seitenbeschleunigung, der Drosselklappenposition und dem Lenkradwinkel.

Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung betrifft die Schaffung einer Vorrichtung zum asymmetrischen Abgeben von Antriebsdrehmoment an die Hinterachsen und Räder eines Fahrzeuges mit Vorderradantrieb.

Des weiteren soll eine Vorrichtung zum unabhängigen Abgeben von Drehmoment an die Hinterräder eines Motorfahrzeuges mit Vorderradantrieb zur Verfügung gestellt werden, die eine mit einer Zwillingskupplung versehene Hinterachse, Sensoren für Raddrehzahlen, die Gierrate, die Seitenbeschleunigung, die Drosselklappenposition und den Lenkradwinkel und einen Mikroprozessor aufweist.

Darüber hinaus soll eine Vorrichtung für ein Motorfahrzeug mit Vorderradantrieb zur Verfügung gestellt werden, die eine Primärbewegungseinheit, eine Transaxle, einen Abtrieb, unabhängig voneinander modulierbare Zwillingskupplungen in einer Hinterachse, diverse Sensoren, die die Fahrzeugbetriebsbedingungen überwachen, und einen Mikroprozessor mit einem die modulierenden Kupplungen antreibenden Ausgang umfasst.

Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und den beigefügten Zeichnungen hervor. Hierbei dienen gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung von gleichen Komponenten, Elementen oder Merkmalen. Von den Zeichnungen zeigen
1 eine schematische Draufsicht des An triebes eines Motorfahrzeuges mit Vorderradantrieb, der die vorliegende Erfindung umfasst;
2 eine vollständige Schnittansicht einer mit einer modulierenden Zwillingskupplung versehenen Hinterachse gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ein Blockdiagramm des in einem Mikroprozessor enthaltenen Steuerschemas gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 ein Blockdiagramm von einem der Traktionssteuereinheitsmodule, die im Mikroprozessor gemäß der vorliegenden Erfindung vorhanden sind;
5 ein Blockdiagramm des Dynamik-Steuereinheitsmoduls, der im Mikroprozessor gemäß der vorliegenden Erfindung vorhanden ist;
6 ein Blockdiagramm von einem der Smart-Betätigungseinheitsmodule, die im Mikroprozessor gemäß der vorliegenden Erfindung vorhanden sind;
7 ein Ablaufdiagramm, das die Schritt sequenz zeigt, die von dem in 5 gezeigten Modul der Dynamik-Steuereinheit durchgeführt wird;
8 ein Ablaufdiagramm der in 5 gezeigten Gierratenberechnung;
9A und 9B Ablaufdiagramme der Kupplungsselektorlogik, die in 5 gezeigt ist;
10 ein Ablaufdiagramm, das das in 9B gezeigte Unterprogramm für die Detektion der Untersteuerung bei Linksdrehung zeigt;
11 ein Ablaufdiagramm, das das in 9B gezeigte Unterprogramm für die Detektion der Untersteuerung bei Rechtsdrehung zeigt;
12A und 12B Ablaufdiagramme, die das in 9B gezeigte Unterprogramm zur Detektion der Übersteuerung bei Rechtsdrehung betreffen;
13A und 13B Ablaufdiagramme, die das in 9B gezeigte Unterprogramm zur Detektion der Übersteuerung bei Linksdrehung beteffen; und
14A, 14B und 14C Ablaufdiagramme, die den in 3 gezeigten Schiedsmodul betreffen.
In 1 ist ein adaptiver Vierradfahrzeugantriebszug schematisch dargestellt und mit 10 bezeichnet. Dieser Vierradfahrzeugantriebszug 10 umfasst eine Primärbewegungseinheit 12, wie eine mit Benzin, Diesel oder Erdgas betriebene Brennkraftmaschine, die mit einer Transaxle 14 verbunden ist und diese direkt antreibt. Der Ausgang der Transaxle 14 treibt eine primäre oder vordere Antriebslinie 20 und eine sekundäre oder hintere Antriebslinie 30 an. Die primäre Antriebslinie 20 umfasst eine vordere oder primäre Antriebswelle 22, ein vorderes oder primäres Differential 24, ein Paar von vorderen Antriebsachsen 26 und ein entsprechendes Paar von vorderen Rad/Reifeneinheiten 28. Es versteht sich, dass das vordere oder primäre Differential 24 in herkömmlicher Weise ausgebildet ist.
Die Transaxle 14 beaufschlagt ferner über einen Abtrieb 16 die sekundäre oder hintere Antriebslinie 30, die eine sekundäre Antriebswelle 32 mit geeigneten Universalgelenken 34, eine hintere oder sekundäre Achseinheit 36, ein Paar von sekundären oder hinteren Antriebsachsen 38 und ein entsprechendes Paar von sekundären oder hinteren Rad/Reifeneinheiten 40 umfasst, mit Drehmoment. Der hier hinsichtlich der sekundären Achseinheit 36 verwendete Begriff „Achse" dient dazu, eine Vorrichtung zur Aufnahme von Antriebsdrehmoment, zur Verteilung desselben auf zwei generell ausgerichtete, quer angeordnete Antriebsachsen und zur Aufnahme von Drehzahldifferenzen, die u.a. aus dem Fahren des Fahrzeuges um eine Ecke resultieren, zu identifizieren. Der Begriff „Achse" soll die vorliegende Erfindung umfassen, die diese Funktionen zur Verfügung stellt, jedoch einen herkömmlichen, in einem Gehäuse untergebrachten Differentialgetriebesatz umfasst.
Die vorstehende und nachfolgende Beschreibung betrifft ein Fahrzeug, bei dem die primäre Antriebslinie 20 im Vorderbereich des Fahrzeuges und entsprechend die sekundäre Antriebslinie 30 im hinteren Bereich des Fahrzeuges angeordnet ist, wie beispielsweise ein Fahrzeug, das üblicherweise als Fahrzeug mit (primärem) Vorderradantrieb oder als Fahrzeug mit adaptivem Vierradautrieb bezeichnet wird.
Dem Fahrzeugantriebszug 10 ist eine Steuereinheit oder ein Mikroprozessor 50 zugeordnet, der Signale von einer Vielzahl von Sensoren empfängt und zwei unabhängige Steuersignale, d.h. Betätigungssignale, an die hintere oder sekundäre Achseinheit 36 abgibt. Speziell tastet ein Lenkwinkelsensor 52 die Winkellage der Lenksäule 54 und des Lenkrades ab und liefert ein geeignetes Signal an den Mikroprozessor 50. Da es typischerweise ein direkt und positiv wirkendes Gestänge zwischen der Lenksäule 54 und den vorderen (lenkbaren) Rad/Reifeneinhei ten 28 gibt, kann die Winkellage der vorderen Rad/Reifeneinheiten direkt aus der vom Lenkwinkelsensor 52 zur Verfügung gestellten Information abgeleitet und berechnet werden. Es versteht sich somit, dass die Drehung der Lenksäule 54 und die Bewegung des Lenkwinkelsensors 52 immer in Abhängigkeit von einer bekannten mathematischen Beziehung der Winkelbewegung der vorderen Rad/Reifeneinheiten 28 entsprechen. Dies ist selbst bei Lenksystemen mit veränderlichen Übersetzungen der Fall. Über Dimensionierungsfaktoren im Mikroprozessor 50 kann ohne weiteres die Winkellage der Lenksäule 54 in die Winkellage der vorderen (lenkbaren) Rad/Reifeneinheiten 28 überführt werden.
Infolge dieser ohne weiteres durchführbaren Umwandlungen versteht es sich, dass man bei einer Bezugnahme auf den „Lenkwinkel" die Winkellage der Lenksäule 54 und des daran befestigten Lenkrades meint und sowohl der Winkel der Lenksäule 54 als auch der Winkel der vorderen Rad/Reifeneinheiten 28 eines bestimmten Fahrzeuges über eine bekannte Beziehung oder ein entsprechendes Verhältnis miteinander in Beziehung stehen, wie vorstehend erwähnt, und dass jeder Wert, falls gewünscht, abgetastet und in geeigneter Weise dimensioniert und in den anderen umgewandelt werden kann. Diesbezüglich funktioniert entweder ein Linearsensor (nicht gezeigt), der mit einer Zahnstange oder einer anderen Lenkkomponente, die eine Linearbewegung durchführt, gekoppelt ist, oder ein Winkelsensor mit begrenzter Bewegung, der mit einer Lenkkomponente mit einer begrenzten Bewegung gekoppelt ist, in diesem System. In Steer-by-wire-Systemen kann dem Mikro prozessor 50 ein Signal vom Lenkwinkelsensor 52 dieses Systems zugeführt werden. Alle diese Sensortypen, Sensororte und Systemkonfigurationen liegen im Bereich dieser Erfindung. Es versteht sich jedoch, dass ein relativ signifikantes Ausmaß der Drehung der Lenksäule 54, typischerweise von mindestens drei Umdrehungen (1.080°) von Anschlag zu Anschlag, zu einer besseren Winkeldefinition im Ausgangssignal des Sensors 52 im Vergleich zu einem Sensorort, der eine geringere Drehung oder Linearbewegung erfasst, führt.
Der Fahrzeugantriebszug 10 umfasst des weiteren einen ersten Hall-Sensor 56 mit variabler Reluktanz, der die Drehzahl der linken primären (vorderen) Rad/Reifeneinheit 28 abtastet und ein Signal dem Mikroprozessor 50 zuführt. Ein zweiter Hall-Sensor 58 mit variabler Reluktanz tastet die Drehzahl der rechten primären (vorderen) Rad/Reifeneinheit 28 ab und liefert dem Mikroprozessor 50 ein Signal. Ein dritter Hall-Sensor 60 mit variabler Reluktanz, der der linken sekundären (hinteren) Rad/Reifeneinheit 40 zugeordnet ist, erfastet deren Drehzahl und liefert ein Signal an den Mikroprozessor 50. Schließlich erfastet ein vierter Hall-Sensor 62 mit variabler Reluktanz, der der rechten sekundären (hinteren) Rad/Reifeneinheit 40 zugeordnet ist, deren Drehzahl und führt dem Mikroprozessor 50 ein Signal zu. Es versteht sich, dass es sich bei den Drehzahlsensoren 56, 58, 60 und 62 um unabhängige, d.h. speziell diesem Zweck gewidmete Sensoren oder um Sensoren handeln kann, die im Fahrzeug montiert sind, um Signale für Antiblockierbremssysteme (ABS) oder andere Drehzahlerfassungs- und Traktionssteuersysteme zu liefern. Es versteht sich ferner, dass ein geeignetes und herkömmliches Zähl- oder Tonrad (nicht gezeigt) jeder entsprechenden Rad/Reifeneinheit 28 und 40 in enger Tastbeziehung mit jedem Drehzahlsensor 56, 58, 60 und 62 zugeordnet ist. Ein Drosselklappenpositionssensor 64 und ein Gierraten- und Seitenbeschleunigungssensor 65, bei denen es sich um eine einzige Vorrichtung oder um getrennte Vorrichtungen handeln kann, führen ferner dem Mikroprozessor 50 Signale zu. Der Mikroprozessor 50 umfasst Software, die die Signale vom Lenkwinkelsensor 52, den Raddrehzahlsensoren 56, 58, 60 und 62, dem Drosselklappenpositionssensor 64 und dem Gier- und Seitenbeschleunigungssensor 65 empfängt und bearbeiten kann.
Wie in 2 gezeigt, umfasst die hintere oder sekundäre Achseinheit 36 eine Eingangswelle 70, die Antriebsdrehmoment von der sekundären Antriebswelle 32 empfängt. Die Eingangswelle 70 kann einen Flansch, eine becherförmige Komponente 72 oder eine ähnliche Komponente aufweisen, die einen Abschnitt von beispielsweise einem Universalgelenk 34 oder einer anderen Verbindung zur sekundären Antriebswelle 32 bildet. Der Flansch 72 kann über eine Verriegelungsmutter 74 oder eine ähnliche Vorrichtung an der Eingangswelle 74 befestigt sein. Die Eingangswelle 70 ist in einem mittig angeordneten, axial verlaufenden Mittelgehäuse 76 angeordnet und wird von einer geeigneten Öldichtung 78 umgeben, die für eine strömungsmittelundurchlässige Dichtung zwischen dem Gehäuse 76 und der Eingangswelle 70 oder einem zugehörigen Abschnitt des Flansches 72 sorgt. Die Eingangs welle 70 wird vorzugsweise von einem Paar von reibungsarmen Lagern, wie den Lagereinheiten 80 mit konischen Rollen, drehbar gelagert. Die Eingangswelle endet in einem Hypoid- oder Kegelrad 82 mit Zähnen 84, die mit komplementär ausgebildeten Zähnen 86 auf einem Ringrad 88 kämmen, das an einem Flansch 92 auf einem zentral angeordneten rohrförmigen Antriebselement 94 über geeignete Schraubbefestigungselemente 96 befestigt ist.
Das rohrförmige Antriebselement 94 wird von einem Paar von reibungsarmen Lagern, wie Kugellagereinheiten 102, drehbar gelagert. Es ist hohl und besitzt ein Innenvolumen 104. Ein Paar von Spülelementen oder Schaufeln 106 erstreckt sich radial durch die Wand des rohrförmigen Antriebselementes 94 und sammelt ein Schmier- und Kühlmittel 108 und führt dieses in das innere Volumen 104. Das Schmier- und Kühlmittel 108 wird dann durch Kanäle 110, die mit dem Innenvolumen 104 des rohrförmigen Antriebselementes 94 in Verbindung stehen, zu Komponenten in der hinteren Differentialeinheit 36 geführt.
Die hintere oder sekundäre Achseinheit 36 umfasst ebenfalls ein Paar von Glockengehäusen 112A und 112B, die über Schraubbefestigungselemente 114 am Mittelgehäuse 76 befestigt sind. Bei den Gehäusen 112A und 112B handelt es sich um spiegelbildlich angeordnete, d.h. linke und rechte Komponenten, die jeweils eine entsprechende Einheit aus einem Paar von modulierenden Kupplungseinheiten 120A und 120B aufnehmen. Für die gegenüberliegende spiegelbildliche Anordnung der beiden modulierenden Kupp lungseinheiten 120A und 120B sind die Komponenten der beiden nachfolgend beschriebenen Einheiten 120A und 120B identisch. Aus diesem Grund und zum Zweck einer klareren Darstellung in 2 können die verwendeten Bezugszeichen entweder die linke oder die rechte Kupplungseinheit 120A und 120B betreffen, wobei es sich jedoch versteht, dass diese Komponenten und diese Bezugszeichen für beide Einheiten zutreffen.
Beide modulierende Kupplungseinheiten 120A und 120B werden von der Eingangswelle 70 über die Kegelräder 82 und 88 und das rohrförmige Antriebselement 94 angetrieben. Das Ringrad 88 ist, wie vorstehend erwähnt, am rohrförmigen Antriebselement 94 befestigt. Eine rohrförmige Verlängerung 122 des Ringrades 88 besitzt äußere Keile 124, die mit Keilnuten oder Zähnen 128A kämmen, welche an einer linken Antriebsmanschette 130A ausgebildet sind. Diese linke Antriebsmanschette 130A besitzt des weiteren äußere Keile oder Zähne 132A, die mit komplementär ausgebildeten Keilnuten oder Zähnen 134A auf einer Kupplungsendglocke 140A kämmen. Was den Antrieb der rechten modulierenden Kupplungseinheit 120B anbetrifft, so besitzt das rohrförmige Antriebselement 94 äußere Keile oder Zähne 136, die mit komplementär ausgebildeten Keilnuten oder Zähnen 128B auf der Antriebsmanschette 130B kämmen. In entsprechender Weise umfasst die Antriebsmanschette 130B äußere Keile oder Zähne 132B, die komplementär zu Keilnuten oder Zähnen 134B ausgebildet sind und mit diesen kämmen, welche auf einer Kupplungsendglocke 140B angeordnet sind.
Die Kupplungsendglocken 140A und 140B sind identisch, jedoch spiegelbildlich angeordnet. Jede Kupplungsendglocke 140A und 140B besitzt Keilnuten 142, die mit komplementär ausgebildeten äußeren Keilen 144 auf einer ersten Vielzahl von Reibkupplungsplatten oder Scheiben 146 mit größerem Durchmesser in Treibeingriff stehen. Verschachtelt mit einer ersten Vielzahl von Reibkupplungsplatten oder Scheiben 146 mit größerem Durchmesser ist eine zweite Vielzahl von Reibkupplungsplatten oder Scheiben 148 mit kleinerem Durchmesser. Mindestens eine Fläche einer jeden Reibkupplungsplatte oder Scheibe 146 und 148 besitzt ein geeignetes Reibkupplungsmaterial. Jede der Reibkupplungsplatten oder Scheiben 148 mit kleinerem Durchmesser besitzt Keilnuten 150, die mit komplementär ausgebildeten äußeren Keilen 152 auf einer kreisförmigen Manschette oder Nabe 154 in Eingriff stehen. Die Nabe 154 ist wiederum über Keilnuten oder Zähne 156 mit äußeren Keilen oder Zähnen 158 auf einer entsprechenden linken und rechten Ausgangswelle 160A und 160B verbunden, um sich hiermit zu drehen.
Die modulierenden Kupplungseinheiten 120A und 120B umfassen des weiteren Kugelrampenbetätigungseinheiten 170A und 170B. Diese Kugelrampenbetätigungseinheiten 170A und 170B besitzen jede eine kreisförmige Beaufschlagungsplatte 172, welche Keilnuten oder Innenzähne 174 aufweist, die mit den äußeren Zähnen 152 an der Manschette oder Nabe 154 kämmen. Die Beaufschlagungsplatte 172 dreht sich somit mit der zweiten Vielzahl von Kupplungsplatten 148 und kann sich axial relativ dazu bewegen. Sie kann eine Schulter 176 aufweisen, die eine flache Scheibe 178 positioniert und aufnimmt, welche mit einem Anker 182 in Eingriff steht. Der Anker 182 besitzt äußere Keile 184 um seinen Umfang, die komplementär mit inneren Keilen 142 auf der Innenseite der Endglocken 140A und 140B ausgebildet sind und mit diesen in Eingriff stehen. Somit dreht sich der Anker 182 zusammen mit der Endglocke 140A und der ersten Vielzahl von Kupplungsplatten 146. Der Anker 182 ist benachbart zu einem U-förmigen Kreisrotor 186 angeordnet. Der Rotor 186 umgibt teilweise ein stationäres Gehäuse 192, das eine elektromagnetische Spule 194 enthält. Das stationäre Gehäuse 192 und die Spule 194 sind vorzugsweise über eine Vielzahl von Schraubbolzen und Befestigungselementen 196 an den Glockengehäusen 112A und 112B befestigt. Elektrische Energie kann den elektromagnetischen Spulen 194 über einen entsprechenden linken und rechten elektrischen Leiter 66 und 68 zugeführt werden.
Mit dem Rotor 186 über irgendwelche geeignete Mittel, wie Schweißverbindungen, in Eingriff stehende Keile oder eine Presspassung, ist ein erstes kreisförmiges Element 202 verbunden. Das erste kreisförmige Element 202 ist in einer losen, frei rotierenden Passung um die Ausgangswellen 160A und 160B angeordnet, so dass sich auf diese Weise das erste kreisförmige Element 202 und der Rotor 186 frei um die Ausgangswellen 160A und 160B und die Gehäuse 192 der elektromagnetischen Spulen 194 drehen können. Das erste kreisförmige Element 202 besitzt eine Vielzahl von gekrümmten Rampen oder Ausnehmungen 204, die in einem kreisförmigen Muster um die Achse der Ausgangswelle 160B herum angeordnet sind. Die Rampen oder Ausnehmungen 204 bilden schiefe Abschnitte eines schraubenförmigen Torus. Innerhalb einer jeden Ausnehmung 204 ist eine Lastübertragungskugel 206 oder ein entsprechendes Lastübertragungselement angeordnet, das sich entlang den von den schiefen Flächen der Ausnehmungen 204 gebildeten Rampen bewegt.
Ein zweites kreisförmiges Element 208 ist entgegengesetzt zum ersten kreisförmigen Element 202 angeordnet und besitzt eine entsprechende Vielzahl von komplementär ausgebildeten und angeordneten Ausnehmungen 212. Die Lastübertragungskugeln 206 werden somit von dem Paar der gegenüberliegenden Ausnehmungen 204 und 212 aufgenommen, wobei die Enden der Ausnehmungen 204 und 212 gekrümmt und viel steiler ausgebildet sind als die inneren Bereiche der Ausnehmungen, so dass die Lastübertragungskugeln 206 in wirksamer Weise hierin eingefangen sind. Eine Vielzahl von Wellenscheiben oder Tellerfedern 214 ist zwischen dem zweiten kreisförmigen Element 208 und der Nabe oder Manschette 154 angeordnet und spannt das zweite kreisförmige Element 208 in Richtung auf das erste kreisförmige Element 202 vor.
Es versteht sich, dass die Ausnehmungen 204 und 212 und die Lastübertragungskugeln 206 durch andere analoge mechanische Element ersetzt werden können, die eine axiale Verschiebung der kreisförmigen Elemente 202 und 208 in Abhängigkeit von einer Relativdrehung hierzwischen bewirken. Beispielsweise können konische Rollen verwendet werden, die in komplementär ausgebildeten konischen Spiralen angeordnet sind.
Das zweite kreisförmige Element 208 besitzt eine Vielzahl von Keilnuten oder Zähnen 215, die komplementär zu den äußeren Zähnen 158 auf der Ausgangswelle 160B ausgebildet sind und mit diesen kämmen. Die Axiallage des ersten kreisförmigen Elementes 202 wird von einer Axialdrucklagereinheit 216 festgelegt. Benachbart zur Axialdrucklageeinheit 216 ist ein reibungsarmes Lager, wie beispielsweise eine Kugellagereinheit 218, angeordnet, das die Ausgangswelle 160B drehbar lagert und axial positioniert. Diese Kugellagereinheit 218 wird von einem Paar von Sprengringen 222 gehalten und positioniert die Ausgangswelle 160B relativ zum Glockengehäuse 112B in Axialrichtung. Benachbart zur Kugellagereinheit 218 und zum Ende der Ausgangswelle 160B befindet sich eine Öldichtung 224. Der Endabschnitt der Ausgangswelle 160B kann äußere Keile 226, einen Flansch oder eine andere Komponente aufweisen, die die Antriebsverbindung mit der benachbarten Hinterachse 38 erleichtern. Die gegenüberliegenden Enden der Antriebswellen 160A und 160B sind in einem zylindrischen Lager, einer Buchse oder einer Rollenlagereinheit 228, die im rohrförmigen Antriebselement 94 angeordnet ist, drehbar gelagert.
Wie in 3 gezeigt, besitzt der Mikroprozessor 50 diverse Module, die Daten von einem oder mehreren der verschiedenen Sensoren einschließlich des Lenkradwinkelsensors 52, der Raddrehzahlsensoren 56, 58, 60 und 62, des Drosselklappenpositionssensors 64 und der Gierraten- und Seitenbeschleunigungssensoren 65 empfangen. Der Mikroprozessor 50 besitzt sechs Module oder Baublöcke einschließlich eines linken und rechten Traktionssteuereinheitsmoduls 250A und 250B, die in größeren Einzelheiten in Verbindung mit 4 beschrieben werden, eines Dynamiksteuereinheitsmoduls 252, der in größeren Einzelheiten in Verbindung mit 5 beschrieben wird, eines Schiedsmoduls 256, der in größeren Einzelheiten in Verbindung mit den 14A, 14B und 14C beschrieben wird, und eines linken und rechten Smart-Betätigungseinheitsmoduls 258A und 258B, die in größeren Einzelheiten in Verbindung mit 6 beschrieben werden.
Wie man 4 entnehmen kann, sind der rechte und linke Traktionssteuereinheitsmodul 250A und 250B identisch, so dass nur der linke Traktionssteuereinheitsmodul 250A beschrieben wird. Beide Module 250A und 250B lesen die Fahrzeuggeschwindigkeit, da sie mit den Drehzahlen von allen vier Fahrzeugsensoren 56, 58, 60 und 62 versehen werden, und empfangen ein Signal vom Lenkradwinkelsensor 52 und Drosselklappenpositionssensor 64. Das Schlupffehlersignal ist optional und, wenn es Anwendung findet, kennzeichnet die Differenz zwischen dem tatsächlichen Radschlupf und einem berechneten oder erwarteten Radschlupf. Aus der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Drosselklappenposition wird von einem Unterprogramm 262 ein Drehmomentbedarf ermittelt. Das Ausgangssignal des Drehmomentbedarfunterprogramms 262 wird sowohl einem zweiten Unterprogramm 264, das ein Solldrehmoment ermittelt, als auch einem dritten Unterprogramm 266, das ein Drehmomentübergangssignal erzeugt, zugeführt. Die Drosselklappenposition vom Sensor 64 wird ferner einem Verarbeitungs- oder Filterunterprogramm 268 zugeführt, das dem Solldrehmomentunterprogramm 264 ein gefiltertes Drosselklappensignal zuführt. Der Lenkradwinkel vom Sensor 52 wird einem Unterprogramm 272 zugeführt, das ein Signal in Bezug auf den Drehstatus nach rechts oder links erzeugt, welches beiden Unterprogrammen 264 und 266 zugeführt wird. Das optionale Schlupffehlersignal in der Leitung 260 wird ebenfalls den Unterprogrammen 264 und 266 zugeführt. Das Ausgangssignal des linken Traktionssteuereinheitsmoduls 250A und rechten Traktionssteuereinheitsmoduls 250B wird dem Schiedsmodul 256 zugeführt, wie in 3 gezeigt.
In 5 ist der in 3 gezeigte Dynamiksteuereinheitsmodul 252 in größeren Einzelheiten dargestellt. Dieser Dynamiksteuereinheitsmodul 252 nimmt Signale von den Fahrzeugdrehzahlsensoren 56, 58, 60, 62, vom Lenkradwinkelsensor 52 und vom Gierraten- und Seitenbeschleunigungssensor 65 auf. Er empfängt ferner ein Signal in bezug auf den Geschwindigkeitszustand bei Links- und Rechtsdrehung, das nachfolgend beschrieben wird. Diverse Signale werden dem Gierratenreferenzberechnungsunterprogramm 276 zugeführt, das in größeren Einzelheiten in 8 gezeigt ist. Ein Proportionalintegraldifferentialsteuermodul (PID) 278, der ein Signal direkt vom Gierratensensor 65 und ein Ausgangssignal vom Unterprogramm 276 empfängt, ist in größeren Einzelheiten in 14C dargestellt. Der Gierratenreferenzmodul 252 umfasst ferner einen Übersteuerungsdetektionsmodul 282, der ein Signal vom Gierratenreferenzunterprogramm 276 empfängt. Die Übersteuerungsdetektionsunterprogramme sind in den 10, 11, 12A, 12B, 13A und 13B dargestellt. Der Dynamiksteuereinheitsmodul 252 umfasst ferner ein Antriebsdrehmomentdetektionsunterprogramm 284, das das Geschwindigkeitszustandssignal bei Links- und Rechtsdrehung empfängt. Die Ausgangssignale der Unterprogramme 278, 282 und 284 werden einem Kupplungsselektorlogikunterprogramm 286 zugeführt, das in den 9A und 9B dargestellt ist. Das Kupplungsselektorlogikunterprogramm 286 gibt ein rechtes und linkes Drehmomentsteuerausgangssignal an die Smart-Betätigungseinheitsmodule 258A und 258B ab, wie in 3 gezeigt.
In 6 ist einer der beiden Smart-Betätigungseinheitsmodule 258A dargestellt. Es versteht sich, dass die Module 258A und 258B, die zur Versorgung der rechten und linken elektromagnetischen Kupplungseinheit 120A und 120B dienen, identisch sind. Der Modul 258A empfängt ein Signal vom elektrischen System des Motorfahrzeuges, das die momentan zur Verfügung stehende, der elektromagnetischen Spule 194A zuzuführende Spannung kennzeichnet. Der Smart-Betätigungseinheitsmodul 258A empfängt ferner ein Signal vom Kupplungsselektorlogikunterprogramm 286, das dem Pegel der angeforderten Drehmomentbeaufschlagung entspricht. Der Modul 258A empfängt des weiteren ein Signal, das die Eingangsdrehzahl der Kupplung wiedergibt und durch Mittelwertbildung der Signale von den vorderen Raddrehzahlsensoren 56 und 58 abgeleitet werden kann, und ferner ein Kupplungsausgangsdrehzahlsignal, das durch Mittelwertbildung der Drehzahlen der Hinterraddrehzahlsensoren 60 und 62 abgeleitet werden kann. Alternativ dazu kann ein einziger Sensor (nicht gezeigt), der die Drehzahl der sekundären Antriebswelle 32 abtastet, oder eine direkt gekoppelte Komponente Verwendung finden, um die Eingangsdrehzahl der Kupplung abzutasten. Eine Kupplungsdrehmomentsteuereinheit 292 empfängt das angeforderte Kupplungsdrehmoment, verarbeitet die Drehmomentniveauanforderung und gibt diese an eine Spulenstromsteuereinheit 294, die ebenfalls mit der gegenwärtig zur Verfügung stehenden Spannung des elektrischen Systems versorgt wird. Die Spulenstromsteuereinheit 294 gibt ein Ausgangssignal in der Leitung 66 an die linke Spule 194 der elektromagnetischen Kupplungseinheit 120A ab und kann ein Pulsbreitenmodulationssteuerschema (PWM) oder irgendein anderes Steuerschema verwenden, das in der Lage ist, der Spule 194 ein modulierendes, d.h. proportionales, elektrisches Signal zuzuführen. Eine Spulenstromschätzeinheit 296 empfängt ebenfalls die Steuerspannungen und treibt mit den Kupplungseingangs- und Ausgangsdrehzahlen eine Kupplungsdrehmomentschätzeinheit 298 an, die ein Signal zur Verfügung stellt, welches einem geschätzten Drehmomentniveau entspricht.
In 7 ist ein Ablaufdiagramm gezeigt, das die Schritte des in den 3 und 5 gezeigten Dynamiksteuereinheitsmoduls 252 wiedergibt. Der Dynamiksteuereinheitsmodul 252 empfängt Eingangssignale von den vier Fahrzeugdrehzahlsensoren 56, 58, 60 und 62, die dann dazu verwendet werden können, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu berechnen, und empfängt ferner Signale vom Lenkradwinkelsensor 52, Drosselklappenpositionssensor 64 und Gierraten- und Seitenbeschleunigungssensor 65. Ein Signal, das den momentanen Zustand des Schiedsmoduls 256 wiedergibt, wird ebenfalls zugeführt. Diese Daten werden initialisiert oder, falls erforderlich, an einem Initialisierungspunkt 300 gespeichert und in einem Prozessschritt 302 verwendet, um ein Giersteuerdrehmoment gemäß dem in 8 gezeigten Ablaufdiagramm zu berechnen. Das berechnete Giersteuerdrehmoment wird dann in einem Prozessschritt 304 dazu verwendet, um die Kupplungsselektorlogik, die in den Ablaufdiagrammen der 9A und 9B wiedergegeben ist, zu ermitteln und zu ermächtigen. Diese Daten werden wiederum in einem Prozessschritt 106 verwendet.
Der Prozessschritt 306 liefert eine Giersteuerungs-Anforderung linkes Drehmoment, bei der es sich um das Produkt aus einem Kennzeichen für die linke Kupplung (eins, wenn das Kennzeichen gesetzt ist, oder null, wenn das Kennzeichne nicht gesetzt ist) und dem Steuerdrehmoment für die linke Kupplung handelt. Mit anderen Worten, wenn das Kennzeichen für die linke Kupplung nicht gesetzt ist, ist die Giersteuerungs-Anforderung linkes Drehmoment gleich null. Wenn das Kennzeichen für die linke Kupplung gesetzt ist, entspricht die Giersteuerungs-Anforderung linkes Drehmoment dem Steuerdrehmoment für die linke Kupplung. Hiernach folgt ein entsprechender Prozessschritt 308, der in entsprechender Weise die Giersteuerungs-Anforderung rechtes Drehmoment bestimmt, bei der es sich um das Produkt aus einem Kennzeichen für die rechte Kupplung (entweder null für aus oder eins für ein) und dem Steuerdrehmoment für die rechte Kupplung handelt. Wenn somit das Kennzeichen für die rechte Kupp lung gesetzt ist, d.h. eins entspricht, entspricht die Giersteuerungs-Anforderung rechtes Drehmoment dem Steuerdrehmoment für die rechte Kupplung. Wenn das Kennzeichen für die rechte Kupplung nicht gesetzt ist, entspricht die Giersteuerungs-Anforderung rechtes Drehmoment einem Wert von null. Diese Signale und ein Übersteuerungskennzeichen bilden das Ausgangssignal des Dynamiksteuereinheitsmoduls 252.
8 zeigt im Detail den Prozessschritt/das Unterprogramm 302 des in 7 gezeigten Dynamiksteuereinheitsmoduls 252. Bei der Berechnung des Giersteuerdrehmoments wird von den Signalen vom Lenkradwinkelsensor 52, der Fahrzeuggeschwindigkeit, bei dem es sich um den Durchschnitt der vier Sensoren 56, 58, 60 und 62 handeln kann, oder von Fahrzeuggeschwindigkeitsinformationen, die von anderen Sensoren und über andere Prozesse ermittelt werden, dem Gierratensensor 65 und einem festen Wert (in einem Speicher gespeichert) in Bezug auf die Radbasis des Fahrzeuges Gebrauch gemacht, die alle in einem Initialisierungsschritt 310 eingelesen und gespeichert werden. Das Unterprogramm 302 bewegt sich dann zu einem Prozessschritt 312, der einen Gierratenreferenzwert berechnet. Unter Verwendung einer PID-Steuereinheit, wie der in 5 gezeigten Steuereinheit 278, wird gefordert, dass ein Fehlersignal berechnet wird, das wiederum erfordert, dass auch ein Referenzsignal berechnet wird.
Bei der in der PID-Steuereinheit 278 verwendeten Gierratenreferenz handelt es sich um eine lineare Darstellung einer Gierrate für ein neutral gesteuertes Fahrzeug, die der Gleichung
entspricht, wobei der Gierrate, d_f dem Winkel der Vorderräder des Fahrzeuges, der, wie vorstehend erwähnt, vom Lenkradwinkelsensor 52 berechnet werden kann, V der Geschwindigkeit des Fahrzeuges und I der Radbasis entspricht.
Diese Gleichung kann mit einem Wert K multipliziert werden, um ein Tunen der Fahrzeugeigenschaften von Untersteuerung zu Übersteuerung zu ermöglichen:
Disses Referenzsignal ist bei relativ niedrigen Seitenbeschleunigungen genau und ausreichend zur Verwendung in diesem System. Eine größere Genauigkeit und eine höhere Seitenbeschleunigung können erreicht werden, indem das Kurvenansprechverhalten auf einen Lenkwinkel durch Ver-wendung der Gleichung
berücksichtigt wird. Das Unterprogramm 302 bewegt sich dann zu einem Prozessschritt 314, der die Ableitung der berechneten Gierrate verwendet, um einen Gierbeschleunigungsreferenzwert zu bilden. Im Prozessschritt 316 wird ein Gierratenfehler durch Verwendung der Gleichung Ψ .Fehler = Ψ .ref – Ψ .gemessen berechnet, wobei Ψ .ref im Prozessschritt 312 berechnet wird. Als nächstes bewegt sich das Unterprogramm 302 zu einem Schritt 318, der das Vorzeichen des Gierratenfehlers liest. Wenn die Referenzgierrate größer ist als die gemessene Gierrate, ist dieser Wert positiv. Wenn die Referenzgierrate I geringer ist als die gemessene Gierrate, ist dieser Wert negativ. In einem Prozessschritt 322 wird die Gierbe schleunigung berechnet, und diese verschiedenen Werte werden in einem Prozessschritt für die PID-Steuereinheit 278 verwendet, um die rechte oder linke Drehmomentanforderung gemäß der Gleichung
zu erzeugen. Das Unterprogramm 302 stellt dann ein Steuerdrehmoment für die rechte Kupplung, ein Steuerdrehmoment für die linke Kupplung sowie die berechneten Werte der Gierbeschleunigung, den Gierbeschleunigungsreferenzwert und das Gießrfehlervorzeichen zur Verfügung.
Wie in 7 dargestellt, bewegt sich das Unterprogramm 302 dann zum Unterprogramm 304, bei dem es sich um die Kupplungsselektorlogik handelt, die in größeren Einzelheiten in Verbindung mit den 9A und 9B beschrieben wird.
Wie die 9A und 9B zeigen, verwendet das Kupplungsselektorlogikunterprogramm 304 Eingangsdaten vom rechten Vorderraddrehzahlsensor 58, linken Vorderraddrehzahlsensor 56, rechten Hinterraddrehzahlsensor 62 und linken Hinterraddrehzahlsensor 60, dem Gierratenfehlervorzeichen, der Gierbeschleunigung, der Gierbeschleunigungsreferenzgierrate und Daten vom Lenkradwinkelsensor 52. Diese Informationen werden einem Prozessschritt 332 zugeführt, der das Giervorzeichen als Vorzeichen der Gierrate setzt. Das Unterprogramm 304 bewegt sich dann zu einem zweiten Prozessschritt 334, der das Vorzeichen des Vorderradwinkels als Vorzeichen des Lenkradwinkels setzt. Hierbei handelt es sich in einfacher Weise um ein positives oder negatives Vorzeichen in Abhängigkeit der momentanen Position der Lenksäule 54 links oder rechts von der Mitte und dem verwendeten Standard (entweder SAE oder ISO). Gemäß dem SAE-Standard besitzt die Position links von der Mitte ein positives und die Position rechts von der Mitte ein negatives Vorzeichen. Der USO-Standard ist hierzu entgegengesetzt. Der Prozessschritt 336 ermittelt die durchschnittliche Vorderraddrehzahl durch Addition der Drehzahl des rechten Vorderrades und der Drehzahl des linken Vorderrades und durch Teilen durch zwei.
Das Unterprogramm 304 bewegt sich dann zu einem Prozessschritt 338, der das Gierbeschleunigungsband auf einem konstanten Wert setzt. Das Unterprogramm 304 verzweigt dann und bestimmt sowohl die linke als auch die rechte Untersteuerung und Übersteuerung. Speziell wird die Untersteuerung bei Linksdrehung in einem Unterprogramm 340 detektiert, das in 10 gezeigt ist. Die Übersteuerung bei Rechtsdrehung wird in einem Unterprogramm 342 detektiert, das in 11 gezeigt ist. In entsprechender Weise wird die Untersteuerung bei Rechtsdrehung in einem Unterprogramm 344 detektiert, das in den 12A und 12B gezeigt ist, während die Übersteuerung bei Linksdrehung in einem Unterprogramm 346 detektiert wird, das in den 13A und 13B dargestellt ist. Wenn entweder die Untersteuerung bei Linksdrehung oder die Untersteuerung bei Rechtsdrehung detektiert worden ist, wird ein Entscheidungspunkt 350 bei WAHR verlassen und ein Prozessschritt 352 setzt ein Kennzeichen für die rechte Kupplung. Wenn im Entscheidungspunkt 350 festgestellt wird, dass keine Untersteuerung bei Linksdrehung oder Übersteuerung bei Rechtsdrehung vorhanden ist, wird der Entscheidungspunkt 350 bei FALSCH verlassen, und das Kennzeichen für die rechte Kupplung wird in einem Prozessschritt 354 auf null gesetzt. Wenn in entsprechender Weise eine Untersteuerung bei Rechtsdrehung oder eine Übersteuerung bei Linksdrehung detektiert wird, wird ein Entscheidungspunkt 360 bei WAHR verlassen und ein Kennzeichen für die linke Kupplung in einem Prozessschritt 362 gesetzt. Wenn im Gegensatz dazu der Entscheidungspunkt 360 bei FALSCH verlassen wird, da keine Untersteuerung bei Rechtsdrehung oder Übersteuerung bei Linksdrehung detektiert worden ist, wird in einem Prozessschritt 364 das Kennzeichen der linken Kupplung auf null gesetzt. Das Signal des Kupplungsselektorlogikunterprogrammes 304 enthält somit ein Kennzeichen für die rechte und linke Kupplung, das gesetzt oder nicht gesetzt werden kann, und Übersteuerungskennzeichen, die gesetzt oder nicht gesetzt werden können, wie in Verbindung mit den 10, 11, 12A, 12B, 13A und 13B beschrieben wird.
In 10 ist das Untersteuerungsdetektionsunterprogramm 340 bei Linksdrehung dargestellt. Dieses Unterprogramm 340 beginnt mit einem Initialisierungsschritt 366, in dem die Drehzahl des rechten Hinterrades vom Sensor 62 gelesen wird, die durchschnittliche Vorderraddrehzahl gelesen wird, die vom Prozessschritt 336 der 9A wiederberechnet oder berechnet werden kann, das Giervorzeichen und das Gierfehlervorzeichen gelesen werden.
Das Unterprogramm 340 bewegt sich dann zu einem Prozessschritt 368, der einen konstanten vorgegebenen Wert als Drehzahldurchschnittswert liest. Dieser Drehzahldurchschnittswert ist ein Parameter, der getunt und empirisch oder experimentell ermittelt werden kann und typischerweise in einem Bereich von null bis zu einem Prozent der maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit liegt.
Das Unterprogramm 340 bewegt sich dann zu einem Prozessschritt 372, der eine Vorderraddrehzahlgrenze bestimmt, indem er die vorher berechnete Durchschnittsvorderraddrehzahl mit dem im Prozessschritt 368 gelesenen Drehzahldurchschnittswert addiert. Als nächstes wird ein Entscheidungspunkt 374 erreicht, in dem ermittelt wird, ob die Drehzahl des rechten Hinterrades geringer ist als die Vorderraddrehzahlgrenze oder dieser entspricht. Wenn diese Voraussetzung WAHR ist, wird in einem Prozessschritt 376 der Drehzahlzustand bei Linksdrehung auf eins oder logisch hoch gesetzt. Wenn diese Voraussetzung FALSCH ist, wird der Drehzahlzustand bei Linksdrehung auf null gesetzt, und das Unterprogramm 340 bewegt sich zu einem zweiten Entscheidungspunkt 382, in dem festgestellt wird, ob der Drehzahlzustand bei Linksdrehung eins, das Giervorzeichen minus eins und der Gierfehler minus eins entsprechen. Wenn alle diese drei Bedingungen WAHR sind, wird der Entscheidungspunkt 382 bei WAHR verlassen und in einem Prozessschritt 384 der Untersteuerungswert bei Linksdrehung auf eins oder logisch hoch gesetzt. Wenn diese Bedingungen am Entscheidungspunkt 382 nicht zutreffen, wird der Punkt bei FALSCH verlassen, und das Programm rückt zu einem Prozessschritt 386 vor, in dem die Untersteuerung bei Linksdrehung auf null gesetzt wird. Das Ausgangssignal 388 des Untersteuerungsdetektionsunterprogramms 340 bei Linksdrehung ist somit ein positives logisch hohes Signal, das eins entspricht, wenn ein Untersteuern bei Linksdrehung vorhanden ist, und eine logisch Null oder ein Nullwert, wenn kein Untersteuern bei Linksdrehung vorhanden ist.
In 11 ist das Untersteuerungsdetektionsunterprogramm 342 bei Rechtsdrehung dargestellt. Dieses Unterprogramm 342 umfasst im wesentlichen die gleichen Prozessschritte und Entscheidungspunkte wie das Untersteuerungsdetektionsunterprogramm 340 bei Linksdrehung, das vorstehend beschrieben wurde. Trotzdem wird es aus Klarheits- und Vollständigkeitsgründen vollständig erläutert. Das Untersteuerungsdetektionsunterprogramm 342 bei Rechtsdrehung wird mit Daten und Signalen einschließlich der Drehzahl des linken Hinterrades vom Sensor 60 versorgt. Die durchschnittliche Vorderraddrehzahl, die im Kupplungsselektorlogikunterprogramm 304 berechnet wurde, und das Giervorzeichen sowie das Gierfehlervorzeichen werden im Initialisierungsschritt 390 zur Verfügung gestellt. Das Unterprogramm 342 bewegt sich dann zu einem Prozessschritt 392, der einen Drehzahldurchschnittswert berechnet, welcher einer vorgegebenen Konstanten entspricht. In einem Prozessschritt 394 wird eine Vorderraddrehzahlgrenze bestimmt, die der Summe aus der durchschnittlichen Vorderraddrehzahl und dem Drehzahldurchschnittswert entspricht.
Das Unterprogramm 340 bewegt sich dann zu einem Entscheidungspunkt 396, in dem festgestellt wird, ob die Drehzahl des linken Hinterrades geringer ist als die Vorderraddrehzahlgrenze, die im unmittelbar vorhergehenden Schritt bestimmt wurde, oder dieser entspricht. Wenn diese Bedingung WAHR ist, wird zu einem Prozessschritt 398 vorgerückt, der den Drehzahlzustand bei Rechtsdrehung logisch hoch oder auf eins setzt. Wenn diese Bedingung nicht zutrifft, wird der Entscheidungspunkt 396 bei FALSCH verlassen, und das Unterprogramm 342 bewegt sich zu einem Prozessschritt 402, der den Drehzahlzustand bei Rechtsdrehung auf eine logische Null oder einen Nullwert setzt. Als nächstes wird ein Entscheidungspunkt 404 erreicht, in dem festgestellt wird, ob der Drehzahlzustand bei Rechtsdrehung eins entspricht, das Giervorzeichen minus eins entspricht und der Gierfehler minus eins entspricht. Wenn alle diese Bedingungen zutreffen, wird der Entscheidungspunkt 404 bei WAHR verlassen, und das Unterprogramm 242 bewegt sich zu einem Prozessschritt 406, in dem ein Untersteuerungskennzeichen bei Rechtsdrehung oder ein entsprechender Wert logisch hoch oder auf eins gesetzt wird. Wenn nicht alle diese Bedingungen zutreffen, wird der Entscheidungspunkt 404 bei FALSCH verlassen, und in einem Prozessschritt 408 wird ein Untersteuerungskennzeichen bei Rechtsdrehung oder entsprechender Wert auf eine logische Null oder einen Nullwert gesetzt. Ein Ausgangssignal 410 des Untersteuerungsdetektionsunterprogramms 342 bei Rechtsdrehung führt dieses Untersteuerungskennzeichen bei Rechtsdrehung anderen Unterprogrammen und Systemen zu, falls erforderlich.
Wie die 12A und 12B zeigen, besitzt das Übersteuerungsdetektionsunterprogramm 344 bei Rechtsdrehung, das in 9B dargestellt ist, einen Initialisierungsschritt 422, der das Giervorzeichen, das Gierfehlervorzeichen, die Gierbeschleunigung, die Gierbeschleunigungsreferenz, das Gierbeschleunigungsband und das Untersteuerungsausgangssignal 410 bei Rechtsdrehung vom Untersteuerungsdetektionsunterprogramm 342 bei Rechtsdrehung liest. Als nächstes wird ein Prozessschritt 424 erreicht, der die Gierbeschleunigungsgrenze berechnet, die das Produkt aus der Gierbeschleunigungsreferenz und dem Gierbeschleunigungsband ist, das im Prozessschritt 338 im Kupplungsselektorlogikunterprogramm 304 gesetzt wurde. Als nächstes wird ein Entscheidungspunkt 426 erreicht, in dem festgestellt wird, ob die momentan detektierte Gierbeschleunigung größer ist als die gerade berechnete Gierbeschleunigungsgrenze. Wenn dies der Fall ist, wird der Entscheidungspunkt 426 bei WAHR verlassen, und in einem Prozessschritt 428 wird ein Gierbeschleunigungskennzeichen oder Wert auf eins oder WAHR gesetzt. Wenn die Gierbeschleunigung nicht größer ist als die Gierbeschleunigungsgrenze, wird der Entscheidungspunkt 426 bei FALSCH verlassen und das Gierbeschleunigungskennzeichen in einem Prozessschritt 432 auf null gesetzt. Als nächstes wird ein Entscheidungspunkt 434 erreicht, in dem festgestellt wird, ob entweder das Gierbeschleunigungskennzeichen gesetzt wurde oder eins entspricht oder ob das Gierfehlervorzeichen minus eins entspricht. Wenn alle diese Voraussetzungen zutreffen, wird der Entscheidungspunkt 434 bei WAHR verlassen, und im Prozessschritt 436 werden ein Gierfehler und ein Beschleunigungskennzeichen auf eins gesetzt. Wenn dies nicht der Fall ist, wird der Entscheidungspunkt 434 bei FALSCH verlassen und ein Prozessschritt 438 erreicht, und der Gierfehler und das Beschleunigungskennzeichen werden auf null gesetzt.
Wie ferner in 12B gezeigt, wird ein Entscheidungspunkt 442 erreicht und festgestellt, ob der Gierfehler und das Beschleunigungskennzeichen auf eins gesetzt wurden und das Giervorzeichen eins entspricht und kein Untersteuern bei Rechtsdrehung vorhanden ist. Wenn dies zutrifft, wird der Entscheidungspunkt 442 bei WAHR verlassen und ein Übersteuerungskennzeichen oder Wert bei Rechtsdrehung in einem Prozessschritt 444 auf eins gesetzt. Wenn dies im Entscheidungspunkt 442 FALSCH ist, wird ein Prozessschritt 446 erreicht, in dem ein Übersteuerungswert oder Kennzeichen bei Rechtsdrehung auf null gesetzt wird. Das Übersteuerungsdetektionsunterprogramm 344 bei Rechtsdrehung endet in einem Ausgangswert oder Signal für das Untersteuern bei Rechtsdrehung, das entweder null oder eins entspricht, und dieser Wert wird der in 9B gezeigten Kupplungsselektorlogik zugeführt.
In den 13A und 13B ist ein Übersteuerungsdetektionsunterprogramm 346 bei Linksdrehung dargestellt, das im wesentlichen dem in den 12A und 12B dargestellten Übersteuerungsdetektionsunterprogramm 344 bei Rechtsdrehung entspricht. Zum Zweck der Klarheit und Vollständigkeit wird jedoch das Übersteuerungsdetek tionsunterprogramm 346 bei Linksdrehung vollständig beschrieben. In einem Eingangs- und Initialisierungsschritt 452 werden Signale, die das Giervorzeichen, das Gierfehlervorzeichen, die Gierbeschleunigung, die Gierbeschleunigungsreferenz, das Gierbeschleunigungsband und das Untersteuerungskennzeichen bei Linksdrehung oder den entsprechenden Wert darstellen, zur Verfügung gestellt und initialisiert. Das Übersteuerungsdetektionsunterprogramm 346 bei Linksdrehung erreicht dann einen Prozessschritt 454, in dem eine Gierbeschleunigungsgrenze als Produkt der Gierbeschleunigungsreferenz und des Gierbeschleunigungsbandes berechnet wird. Als nächstes wird ein Entscheidungspunkt 456 erreicht, in dem festgestellt wird, ob die Gierbeschleunigung größer ist als die Gierbeschleunigungsgrenze. Wenn das der Fall ist, wird der Entscheidungspunkt 456 bei WAHR verlassen und ein Prozessschritt 458 erreicht, in dem ein Gierbeschleunigungskennzeichen oder Wert auf eins gesetzt wird. Wenn die Gierbeschleunigung nicht größer ist als die Gierbeschleunigungsgrenze, wird der Entscheidungspunkt 456 bei FALSCH verlassen und in einem Prozessschritt 462 ein Gierbeschleunigungskennzeichen oder Wert auf null gesetzt.
Als nächstes wird ein Entscheidungspunkt 464 erreicht, in dem festgestellt wird, ob das Gierbeschleunigungskennzeichen gesetzt wurde und eins entspricht oder das Gierfehlersignal minus eins entspricht. Wenn alle diese Bedingungen zutreffen, wird der Entscheidungspunkt 464 bei WAHR verlassen und in einem Prozessschritt 466 ein Gierfehler und Beschleunigungswert oder Kennzeichen auf eins gesetzt. Wenn die Anfrage im Entscheidungspunkt 664 negativ beantwortet wird, wird der Entscheidungspunkt bei FALSCH verlassen und in einem Prozessschritt 468 ein Gierfehler und Beschleunigungskennzeichen oder Wert auf null gesetzt. Wie man weiterhin 13B entnehmen kann, wird ein Entscheidungspunkt 472 erreicht, in dem angefragt wird, ob der Gierfehler und das Beschleunigungskennzeichen auf eins gesetzt wurden, ob das Giervorzeichen auf eins gesetzt wurde und ob kein Untersteuern bei Linksdrehung vorhanden ist. Wenn alle diese Bedingungen zutreffen, wird der Entscheidungspunkt 472 bei WAHR verlassen und in einem Prozessschritt 474 ein Übersteuerungswert bei Linksdrehung oder Kennzeichen auf eins gesetzt. Wenn dies nicht zutrifft, wird der Entscheidungspunkt 472 bei FALSCH verlassen und in einem Prozessschritt 476 ein Übersteuerungswert oder Kennzeichen bei Linksdrehung auf null gesetzt. Ein Ausgangsschritt 478 liefert einen Untersteuerungswert bei Linksdrehung oder ein entsprechendes Kennzeichen an die in 9B gezeigte Kupplungsselektorlogik.
Wie die 3, 14A, 14B und 14C zeigen, wählt der Schiedsmodul 256 aus, wie das Gesamtsystem arbeitet, und vermittelt oder entscheidet über die Daten, die von den Modulen 250A und 250B für die linke und rechte Traktionssteuereinheit und dem Dynamiksteuereinheitsmodul 252 zur Verfügung gestellt wurden. Hierzu besitzt er einen Selektor 502, der den Operationsmodus des Schiedsmoduls 256 festlegt. Im Modus eins befindet sich der mehrere Anschlüsse aufweisende Schalter 504 in Position eins und wählt Daten auf der Basis der Drehzahl und des Lenkrad winkels aus. Im Operationsmodus zwei benutzt er die Referenzgierrate mit Drehzahl und im Operationsmodus drei die Referenzgierrate. Er wird mit Daten vom Lenkradwinkelsensor 52 versehen, von denen der Absolutwert über eine geeignete mathematische Manipulation in einer Vorrichtung 506 ermittelt wird. Dieser Absolutwert wird einem Komparator oder Relationsoperator 508 zugeführt. Eine Entscheidungslenkradwinkelschwelle oder Referenz 510 führt dem Komparator 508 ebenfalls einen Wert zu. Die Entscheidungslenkradwinkelreferenz 510 ist ein Parameter, der getunt und empirisch oder experimentell von einem Bereich von null bis zum maximalen Lenkradwinkel ausgewählt oder ermittelt werden kann. Der Komparator 508 stellt fest, ob der Lenkradwinkel vom Sensor 52 geringer ist als die Entscheidungslenkradwinkelschwelle oder Referenz 510. Wenn dies der Fall ist, wird ein positives logisches Signal oder ein Signal von eins einem logischen ODER-Operator 512 zugeführt. Wenn der Wert des Lenkradwinkels vom Sensor 52 größer ist als die Entscheidungslenkradwinkelschwelle oder Referenz 510, wird vom Komparator 508 ein logisches Nullsignal abgegeben.
In entsprechender Weise führen auch die Geschwindigkeit aus einer vorhergehenden Berechnung oder einem Durchschnittswert von den vier Drehzahlsensoren 56, 58, 60 und 62 sowie eine Entscheidungsfahrzeuggeschwindigkeitsschwelle oder Referenz 514 einen Fahrzeuggeschwindigkeitswert einem Komparator oder Relationsoperator 518 zu. Bei der Entscheidungsfahrzeuggeschwindigkeitsschwelle 514 handelt es sich um einen Parameter, der getunt und empirisch oder experimentell aus einem Bereich von null bis zur nominellen oder tatsächlichen maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit ausgewählt oder ermittelt werden kann. Der Komparator 518 stellt fest, ob die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit geringer ist als die Entscheidungsfahrzeuggeschwindigkeitsschwelle 514 oder dieser entspricht. Wenn dies der Fall ist, wird ein positives logisches Signal oder ein Signal von eins dem Eingang des logischen ODER-Operators 512 und einem Eingang eines anderen logischen ODER-Operators oder einer entsprechenden Vorrichtung 522 zugeführt. Wenn die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit größer ist als die Entscheidungsfahrzeuggeschwindigkeitsschwelle 514, gibt der Komparator 518 ein logisches Nullsignal an die logischen ODER-Operatoren 512 und 522 ab.
Sowohl der logische ODER-Operator 512 als auch der logische ODER-Operator 522 funktionieren in herkömmlicher Weise und erzeugen ein positives oder hochpegeliges logisches Ausgangssignal von eins, wenn einer ihrer Eingänge oder beide Eingänge ein positives logisches Signal oder ein Signal von eins empfangen.
Die Signale von den logischen ODER-Operatoren 512 und 522 erzeugen die Positionen eins und zwei des Schalters 504. In Abhängigkeit vom ausgewählten Schiedsmodus wird der ausgewählte Ausgang des Schalters 504 dann an einen Schalter 524 angeschlossen und steuert denselben, welcher entweder ein Schlupfsteuerungsdrehmoment von den Traktionssteuereinheitsmodulen 250A und 250B oder ein Giersteuerdrehmoment vom Dynamiksteuereinheitsmodul 252 auswählt. Das Ausgangssignal des Schalters entspricht dem durch Schiedsspruch ausgewählten Drehmoment, das den Smart-Betätigungseinheitsmodulen 258A und 258B zugeführt wird.
14B zeigt weitere Komponenten des Schiedsmoduls 256. Die vorher berechnete Referenzgierrate wird einem Absolutwertoperator 532 zugeführt, und der Absolutwert der Referenzgierrate wird einem Eingang eines Relationsoperators oder Komparators 534 zugeführt. Ein Gierreferenzzunahmewert 536 wird ebenfalls dem Relationsoperator 534 zugeführt. Bei der Gierreferenzzunahme handelt es sich um einen Wert, der getunt und empirisch oder experimentell ausgewählt oder ermittelt werden kann und einen Wert zwischen null und einem Maximalwert besitzt. Wenn der Absolutwert der Referenzgierrate geringer ist als die Gierreferenzzunahme, führt der Relationsoperator 534 ein positives logisches Signal oder einen Wert von eins einem Eingang eines logischen ODER-Operators 538 zu. Wenn der Absolutwert der Referenzgierrate größer ist als der Gierreferenzzunahmewert 536, gibt der Relationsoperator 534 ein logisches Nullsignal an einen Eingang des logischen ODER-Operators 538 ab.
In entsprechender Weise wird die momentane Gierrate einem Absolutwertoperator 542 zugeführt, und dieser Absolutwert wird dann an einen Eingang eines Relationsoperators oder Komparators 544 gelegt. Dem anderen Eingang des Relationsoperators 544 wird der vorstehend beschriebene Gierreferenzzunahmewert 536A zugeführt. Wie erwähnt, ist dies ein empirisch oder experimentell bestimmter Wert, der vorzugsweise dem Gierreferenzzunahme wert 536 entspricht, jedoch auch von diesem verschieden sein kann. Wenn der Absolutwert der Gierrate geringer ist als der Wert der Gierreferenzzunahme 536A, führt der Relationsoperator 544 einen positiven logischen Wert oder einen Wert von eins dem anderen Eingang des logischen ODER-Operators 538 zu. Wenn ein logisches Eingangssignal oder beide für den logischen ODER-Operator 538 positiv sind oder eins entsprechen, führt der logische ODER-Operator ein positives logisches Signal oder ein Signal von eins einem Eingang eines logischen UND-Operators 548 mit drei Eingängen zu. Ein logischer ODER-Operator 552 mit drei Eingängen empfängt das logische Ausgangssignal vom logischen UND-Operator 548 mit drei Eingängen an einem seiner drei Eingänge.
In 14C ist die in 5 gezeigte Proportionalintegralableitungssteuereinheit (PID) 278 dargestellt, die ebenfalls den in 8 gezeigten Prozessschritt 324 betrifft. Sie verwendet ein Gierratensignal, das dann einem Absolutwertoperator 562 zugeführt wird. Die Gierbeschleunigung und eine Gierbeschleunigungsgrenze 568 werden einem Relationsoperator 566 zugeführt. Dieser bestimmt, ob die Gierbeschleunigung geringer ist als der empirisch oder experimentell erzeugte Wert der Gierbeschleunigungsgrenze 568 oder dieser entspricht. Wenn er geringer ist, wird ein Gierbeschleunigungskennzeichen gesetzt, und die Daten werden dem logischen UND-Operator 548 zugeführt, der in 14B gezeigt ist. Im unteren Abschnitt der 14C werden rechte Übersteuerungskennzeichen und linke Übersteuerungskennzeichen gesetzt, und diese Daten werden dem logischen ODER-Operator 552, der in 14B gezeigt ist, zugeführt. Wenn alle drei Signale für den logischen UND-Operator 548 positiv oder WAHR sind, wird ein Signal einem der Eingänge des logischen ODER-Operators 552 zugeführt. Wenn eines der Eingangssignale des logischen ODER-Operators 552 hochpegelig ist, wird ein hochpegeliges Ausgangssignal dem logischen ODER-Operator 552, der in 14A gezeigt ist, sowie dem dritten Abschnitt des Schalters 504 zugeführt.

Claims

Vorrichtung zur Giersteuerung in einem Motorfahrzeug, die in Kombination umfasst: eine Hinterachse (36) mit einem Paar von unabhängig betätigbaren Kupplungen (120A, 120B), die ein Paar von Hinterachsen (38) antreiben können, und einem Paar von hinteren Rad/Reifeneinheiten (40); eine Vielzahl von Drehzahlsensoren (56, 58, 60, 62) zum Abtasten der Drehzahlen einer Vielzahl von Rad/Reifeneinheiten 828, 40); einen Lenkwinkelsensor (52); einen Seitenbeschleunigungssensor (65); einen Gierratensensor (65); und einen Mikroprozessor (50), der Signale von den Sensoren empfangen und erste und zweite unabhängige Signale (66, 68) zur Betätigung des Paares der Kupplungen vorsehen kann, wobei der Mikroprozessor Einrichtungen zum Detektieren einer linken und rechten Übersteuerung (478, 448) und einer linken und rechten Untersteuerung (388, 410) des Fahrzeuges aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede des Paares der Kupplungen eine elektromagnetische Betätigungseinheit (194) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede des Paares der Kupplungen eine Kugelrampenbetätigungseinheit (170A, 170B) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie des weiteren einen ersten Antriebszug (20) umfasst, der eine Transaxle (14), ein Paar von Vorderachsen (26) und ein Paar von vorderen Rad/Reifeneinheiten (28) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkwinkelsensor (52) die Drehung einer Lenksäule (54) des Fahrzeuges abtastet.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (50) eine pulsbreitenmodulierte Treiberschaltung (294) aufweist, der elektromagnetische Betätigungseinheiten (194) in den Kupplungen antreiben kann.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (50) einen Gierbeschleunigungswert (322) berechnet.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (50) eine Proportionalintegralableitungssteuereinheit (278) aufweist.
Verfahren zur Giersteuerung in einem Motorfahrzeug mit den folgenden Schritten: Abtasten der Drehzahlen von Rädern (28, 50) eines derartigen Motorfahrzeuges; Abtasten einer Position einer Lenkkomponente (28, 54) eines derartigen Fahrzeuges; Abtasten der Gierrate (65) eines derartigen Fahrzeuges; Bestimmen der linken Übersteuerung (428), rechten Übersteuerung (448), linken Untersteuerung (388) und rechten Untersteuerung (410) eines derartigen Fahrzeuges; Vorsehen einer Hinterachse (36) mit einem Paar von unabhängig betätigbaren Kupplungen (120A, 120B), die ein entsprechendes Rad aus einem Paar von Hinterrädern (40) antreiben können; und Aktivieren der Kupplungen (120A, 120B) in Abhängigkeit von der Bestimmung der Untersteuerung und Übersteuerung.
Verfahren zur Giersteuerung in einem Motorfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es des weiteren den Schritt des Abtastens der Seitenbeschleunigung (65) umfasst.
Verfahren zur Giersteuerung in einem Motorfahrzeug nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass es des weiteren den Schritt der Bestimmung eines Gierratenfehlersignales (316) umfasst.
Verfahren zur Giersteuerung in einem Motorfahrzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es des weiteren den Schritt der Bestimmung eines Gierbeschleunigungswertes (322) umfasst.
Verfahren zur Giersteuerung in einem Motorfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es des weiteren den Schritt des Entscheidens (256) zwischen den Ausgangssignalen eines Paares von Traktionssteuereinheiten (250A, 250B) und einer Dynamik-Steuereinheit (252) umfasst.
Verfahren zur Giersteuerung in einem Motorfahrzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es des weiteren den Schritt des Abtastens der Drosselklappenposition (64) eines solchen Fahrzeuges umfasst.