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Title:
METHOD AND ARRANGEMENT FOR CONTROLLING A LOCKING CLUTCH FOR AN AXLE DIFFERENTIAL OF A MOTOR VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/073009
Kind Code:
A1
Abstract:
A locking clutch (e.g. 36) for an axle differential (22) of a motor vehicle (10) can be transferred between a first end state, in which it does not transmit, in essence, any torque, a second end state, in which it transmits a maximum proportion of a driving torque supplied to the axle differential (22), and a multitude of intermediate states between both end states. An electronic control unit (42) of the vehicle (10) monitors at least one sensor signal representative of a lateral acceleration of the vehicle (10). In order to improve traction and to reduce understeering during, in particular, accelerated cornering of the vehicle (10), the locking clutch (36) is placed in a partially closed coupling state at least when the lateral acceleration of the vehicle exceeds a predetermined first threshold value that is not equal to zero.

Inventors:
STEDING MANFRED (DE)
FRIES STEFAN (DE)
MAETZSCHKER KLAUS (DE)
HOECK MICHAEL (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/014174
Publication Date:
August 11, 2005
Filing Date:
December 13, 2004
Export Citation:
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Assignee:
GKN DRIVELINE INT GMBH (DE)
STEDING MANFRED (DE)
FRIES STEFAN (DE)
MAETZSCHKER KLAUS (DE)
HOECK MICHAEL (DE)
International Classes:
B60K23/04; (IPC1-7): B60K23/04
Foreign References:
US20020007239A12002-01-17
EP1162101A22001-12-12
DE4112906A11991-10-24
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
Von Hellfeld, Axel (Schweigerstrasse 2, München, DE)
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Claims:
Ansprüche
1. Verfahren zur Steuerung einer Sperrkupplung (z. B. 36) für ein Achsdifferential (22) eines Kraftfahrzeugs (10), wobei die Sperrkupplung zwischen einem ersten End zustand, in welchem sie im Wesentlichen kein Drehmoment überträgt, einem zweiten Endzustand, in welchem sie einen maximalen Anteil eines dem Achsdifferential zuge führten Antriebsmoments überträgt, und einer Vielzahl von Zwischenzuständen zwi schen den beiden Endzuständen verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein für eine Seitenbeschleunigung (a) des Fahrzeugs repräsentatives Sensorsignal überwacht wird und die Sperrkupplung (36) zumindest abhängig davon in einen von dem ersten Endzustand verschiedenen Kupplungszustand eingestellt wird, dass die Seitenbeschleunigung des Fahrzeugs einen vorbestimmten, von Null verschiedenen ersten Schwellenwert (ao) übersteigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schwellenwert (ao) der Seitenbeschleuni gung zwischen 2,0 und 6, 5m/s2 liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bei Überschreiten des ersten Schwellenwerts (ao) der Seitenbeschleunigung einzustellende Kupplungszustand der Sperrkupplung (36) zumindest in einem vorbestimmten Bereich der Seitenbeschleunigung abhängig von dieser gewählt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem an den ersten Schwellenwert (ao) anschlie ßenden Bereich der Seitenbeschleunigung die Sperrkupplung (36) bei einem niedri geren Wert der Seitenbeschleunigung in einen weniger stark geschlossenen Kupplungszustand eingestellt wird und bei einem größeren Wert der Seitenbeschleu nigung in einen stärker geschlossenen Kupplungszustand eingestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach Überschreiten eines zweiten Schwellenwerts (a1) der Seitenbeschleunigung, weicher größer als der erste Schwellenwert (ao) ist, für verschiedene Werte der Seitenbeschleunigung im Wesentlichen der gleiche Kupp lungszustand an der Sperrkupplung (36) eingestellt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der bei Überschreiten des ersten Schwellenwerts (ao) der Seitenbeschleunigung einzustellende Kupplungszustand ein Zwischenzustand der Sperrkupplung (36) ist, in dem diese nur teilweise geschlossen ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrkupplung (36) bei Überschreiten des ersten Schwellenwerts (ao) der Seitenbeschleunigung höchstens soweit geschlossen wird, dass sie nicht mehr als 80% des maximal von ihr übertragbaren Anteils des An triebsmoments überträgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Pedalstellungssignal (s), welches für die Stellung eines Gaspedals (54) des Fahrzeugs repräsentativ ist, oder/und ein Motor momentensignal, welches für das von einem Antriebsmotor (12) des Fahrzeugs be reitgestellte Motormoment repräsentativ ist, überwacht wird und die Sperrkupplung (36) ferner abhängig davon in den von dem ersten Endzustand verschiedenen Kupp lungszustand eingestellt wird, dass das Pedalstellungssignal (s) einen vorbestimmten PedalstellungsSchwellenwert übersteigt, welcher für eine von einer Ruhestellung des Gaspedals verschiedene Gaspedalstellung repräsentativ ist, bzw. das Motormomen tensignal einen vorbestimmten MomentenSchwellenwert übersteigt, welcher für ei nen von einem LeerlaufLastzustand verschiedenen Lastzustand des Antriebsmotors repräsentativ ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der von dem ersten Endzustand verschiedene Kupp lungszustand der Sperrkupplung (36) abhängig von der Stellung eines Gaspedals (54) des Fahrzeugs oder/und abhängig von der Höhe eines Motormoments gewählt wird, welches von einem Antriebsmotor (12) des Fahrzeugs bereitgestellt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem Bereich der Gaspedalstellung bzw. des Motormoments die Sperrkupplung (36) in einen weniger stark geschlossenen Kupplungszustand eingestellt wird, wenn das Gaspedal (54) weniger stark gedrückt ist bzw. das Motormoment kleiner ist, sie jedoch in einen stärker geschlossenen Kupplungszustand eingestellt wird, wenn das Gaspedal stärker gedrückt ist bzw. das Motormoment größer ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ab einer vorbestimmten Grenzstellung (so) des Gaspe dals (54) bzw. einem vorbestimmten Grenzwert des Motormoments die Sperrkupp lung (36) in einen Kupplungszustand eingestellt wird, der für verschiedene Stellungen des Gaspedals jenseits der Grenzstellung bzw. für verschiedene Werte des Motormoments jenseits des Grenzwerts im Wesentlichen gleich ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrkupplung (38) einem Hinterachsdifferential (28) zugeordnet ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrkupplung (36) einem Vorderachsdifferential (22) zugeordnet ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrkupplung (36) eine elektromotorische Stell einheit (40) umfasst, welche zur Verstellung des Kupplungszustands der Sperrkupp lung elektrisch angesteuert wird.
15. Programmcode, der dazu bestimmt und ausgelegt ist, bei Ausführung auf ei nem programmgesteuerten Rechner eines Kraftfahrzeugs die Durchführung des Ver fahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zu bewirken.
16. Digitales Speichermedium mit darauf gespeichertem maschinenlesbaren Pro grammcode, wobei der Programmcode dazu bestimmt und ausgelegt ist, bei Ausfüh rung auf einem programmgesteuerten Rechner eines Kraftfahrzeugs die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zu bewirken.
17. Anordnung zur Steuerung einer Sperrkupplung für ein Achsdifferential eines Kraftfahrzeugs, wobei die Sperrkupplung zwischen einem ersten Endzustand, in wel chem sie im Wesentlichen kein Drehmoment überträgt, einem zweiten Endzustand, in welchem sie einen maximalen Anteil eines dem Achsdifferential zugeführten An triebsmoments überträgt, und einer Vielzahl von Zwischenzuständen zwischen den beiden Endzuständen verstellbar ist, gekennzeichnet durch eine die Sperrkupplung steuernde elektronische Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist, mindestens ein für eine Seitenbeschleunigung des Fahr zeugs repräsentatives Sensorsignal auszuwerten und die Sperrkupplung zumindest abhängig davon in einen von dem ersten Endzustand verschiedenen Kupplungszu stand einzustellen, dass die Seitenbeschleunigung des Fahrzeugs einen vorbestimm ten, von Null verschiedenen ersten Schwellenwert übersteigt, gewünschtenfalls in Verbindung mit weiteren Merkmalen mindestens eines der Ansprüche 214.
Description:
Verfahren und Anordnung zur Steuerung einer Sperrkupplung für ein Achsdifferential eines Kraftfahrzeugs Die Erfindung befasst sich mit der Steuerung einer Sperrkupplung für ein Achsdiffe- rential eines Kraftfahrzeugs.

Achsdifferentiale werden in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um unterschiedliche Dreh- zahlen zwischen den Rädern einer Achse (Vorderachse, Hinterachse) des Fahrzeugs bei Kurvenfahrten zu ermöglichen. Der Ausgleichswirkung des Differentials kann mit einer Differentialsperre entgegengewirkt werden. Die Differentialsperre legt ein Sperrmoment an das Differential an, das Drehzahlunterschiede zwischen den Rädern behindert. Dabei wird die Verteilung des anliegenden Antriebsmoments zugunsten des langsamer drehenden Rads verändert. Je größer das Sperrmoment, umso mehr Drehmoment wird dem langsameren Rad zugeteilt. Im Extremfall verhindert die Dif- ferentialsperre jeglichen Drehzahlunterschied zwischen den Rädern.

Es sind passive Differentialsperren bekannt, bei denen die Sperrwirkung von einer Drehzahldifferenz abhängt. Ein Beispiel einer solchen drehzahldifferenzabhängigen Differentialsperre ist eine Visco-Kupplung. Die Sperrwirkung der Visco-Kupplung be- ruht auf Flüssigkeitsreibung. Es gibt auch drehmomentabhängige Differentialsperren, beispielsweise das sogenannte Torsen-Differential. Eine gezielte Beeinflussung der Sperrwirkung ist bei passiven Systemen nicht möglich.

Im Unterschied zu passiven Systemen kann bei aktiven Differentialsperren die Sperrwirkung definiert eingestellt werden. Als aktive Differentialsperren finden steu- erbare Kupplungen Anwendung, die zumeist stufenlos zwischen einem vollständig 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 von dem Differential aufzu- teilenden Antriebsmoments übertragen und entsprechend eine maximale Sperrwir- kung entfalten. Ein Beispiel einer für aktive Differentialsperren verwendeten Kupplung ist eine Lamellenkupplung, bei der die Sperrwirkung auf der Reibung von Reiblamellen aneinander beruht.

Bei offenen Achsdifferentialen (das sind ungesperrte Differentiale) führt eine Be- schleunigung bei Kurvenfahrt häufig zu einem untersteuernden Fahrverhalten und zu eingeschränkter Traktion. Dieses Untersteuern entsteht unter anderem durch dyna-

mische Achslastverlagerungen. Die Vorderachse wird entlastet, wodurch sich größere Schräglaufwinkel an den Vorderrädern einstellen. Die Hinterachse wird dagegen be- lastet, was zu verringerten Schräglaufwinkeln an den Hinterrädern führt. Dies bedeu- tet, dass das Fahrzeug untersteuert.

Bei einem Fahrzeug mit Frontantrieb führt die Beschleunigung zudem zu einer Erhö- hung der Antriebskräfte an den Vorderrädern, was eine Verringerung des Seiten- kraftpotentials an diesen Rädern bedeutet. Auch dies ist ursächlich für ein untersteuerndes Fahrverhalten. Darüber hinaus kann es dann, wenn das Fahrzeug mit vergleichsweise großer Geschwindigkeit eine vergleichsweise enge Kurve durch- fährt, zu einer solchermaßen starken Entlastung des kurveninneren Antriebsrads kommen, dass nur noch geringe Antriebskräfte an diesem Rad übertragen werden können. Beim offenen Differential führt dies zu einer Limitierung des am kurvenäuße- ren Antriebsrad übertragbaren Moments auf das (niedrigere) Niveau des Antriebs- moments am kurveninneren Rad. Das Beschleunigungsvermögen des Fahrzeugs wird hierdurch herabgesetzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, das bei beschleunigter Kurvenfahrt beobachtete Unter- steuern des Fahrzeugs zu reduzieren.

Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Steuerung einer Sperrkupplung für ein Achsdifferential eines Kraftfahrzeugs, wobei die Sperrkupplung zwischen einem ersten Endzustand, in welchem sie im Wesentli- chen kein Drehmoment überträgt, einem zweiten Endzustand, in welchem sie einen maximalen Anteil eines dem Achsdifferential zugeführten Antriebsmoments über- trägt, und einer Vielzahl von Zwischenzuständen zwischen den beiden Endzuständen verstellbar ist.

Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass mindestens ein für die Seitenbeschleu- nigung des Fahrzeugs repräsentatives Sensorsignal überwacht wird und die Sperr- kupplung zumindest abhängig davon in einen von dem ersten Endzustand verschiedenen Kupplungszustand eingestellt wird, dass die Seitenbeschleunigung des Fahrzeugs einen vorbestimmten, von Null verschiedenen ersten Schwellenwert über- steigt.

Die Erfindung geht den Weg, die auf das Fahrzeug wirkende Seitenbeschleunigung zu überwachen und dann, wenn die Seitenbeschleunigung einen vorbestimmten

Schwellenwert übersteigt, die Sperrkupplung wenigstens teilweise zu schließen. Das Schließen der Sperrkupplung führt einerseits zu einer Verminderung auftretender Drehzahldifferenzen zwischen den Rädern der betreffenden Achse. Zum anderen wird das an dem Achsdifferential anliegende Antriebsmoment umverteilt. Insbeson- dere wird dann, wenn die Seitenbeschleunigung so groß ist, dass das kurveninnere Antriebsrad schneller dreht als das kurvenäußere, Antriebsmoment zum kurvenäuße- ren Antriebsrad umgeleitet. Hierdurch wird die Traktion, also das Beschleunigungs- vermögen des Fahrzeugs verbessert, da das vom kurvenäußeren Rad aufnehmbare Antriebsmoment nicht mehr auf das niedrigere Niveau des kurveninneren Rads be- grenzt ist. Die Momentenumverteilung führt zu einem Giermoment, das ein Hinein- drehen des Fahrzeugs in die Kurve bewirkt. Dieses im Sinne eines Übersteuerns wirkende Moment gleicht wenigstens teilweise das bei ungesperrtem Differential auf- tretende Untersteuern aus, so dass das fahrdynamische Verhalten des Fahrzeugs bei Kurvenfahrt insgesamt verbessert wird.

Der erste Schwellenwert der Seitenbeschleunigung liegt vorzugsweise zwischen 2,0 und 6, 5m/s2. Es wird darauf hingewiesen, dass jeder von diesem Bereich umfasste Teilbereich und jeder darin liegende Einzelwert als ausdrücklich offenbart und zur Erfindung gehörig angesehen wird.

Es hat sich gezeigt, dass die traktionsverbessernde und stabilisierende Wirkung der Erfindung optimiert werden kann, wenn der bei Überschreiten des ersten Schwellen- werts der Seitenbeschleunigung einzustellende Kupplungszustand der Sperrkupplung zumindest in einem vorbestimmten Bereich der Seitenbeschleunigung abhängig von dieser gewählt wird. Insbesondere kann dabei so vorgegangen werden, dass in ei- nem an den ersten Schwellenwert der Seitenbeschleunigung anschließenden Bereich die Sperrkupplung bei einem niedrigeren Wert der Seitenbeschleunigung in einen weniger stark geschlossenen Kupplungszustand eingestellt wird und bei einem größe- ren Wert der Seitenbeschleunigung in einen stärker geschlossenen Kupplungszustand eingestellt wird.

Nach Überschreiten eines zweiten Schwellenwerts der Seitenbeschleunigung, welcher größer als der erste Schwellenwert ist, kann dann für verschiedene Werte der Sei- tenbeschleunigung im Wesentlichen der gleiche Kupplungszustand an der Sperrkupp- lung eingestellt werden.

Vorzugsweise ist der bei Überschreiten des ersten Schwellenwerts der Seitenbe- schleunigung einzustellende Kupplungszustand der Sperrkupplung ein Zwischenzu- stand, in dem die Sperrkupplung nur teilweise geschlossen ist. Dieser Zwischenzustand kann so gewählt sein, dass die Sperrkupplung bei Überschreiten des ersten Schwellenwerts der Seitenbeschleunigung höchstens soweit geschlossen wird, dass sie nicht mehr als 80% des maximal von ihr übertragbaren Anteils des Antriebsmoments überträgt. Es ist freilich nicht grundsätzlich ausgeschlossen, für den Fall des Überschreitens des ersten Schwellenwerts der Seitenbeschleunigung die Sperrkupplung vollständig zu schließen, sie also in den zweiten Endzustand einzustel- len.

Zusätzlich zur Seitenbeschleunigung können noch ein oder mehr weitere Betriebspa- rameter des Fahrzeugs auf eine oder mehr vorbestimmte Bedingungen überwacht werden, die erfüllt sein müssen, bevor die Sperrkupplung in den von dem ersten Endzustand verschiedenen Kupplungszustand eingestellt wird. Gemäß einer bevor- zugten Weiterbildung der Erfindung wird zusätzlich zur Seitenbeschleunigung ein Pedalstellungssignal, welches für die Stellung eines Gaspedals des Fahrzeugs reprä- sentativ ist, oder/und ein Motormomentensignal, welches für das von einem An- triebsmotor des Fahrzeugs bereitgestellte Motormoment repräsentativ ist, überwacht.

Dabei wird die Sperrkupplung abhängig davon in den von dem ersten Endzustand verschiedenen Kupplungszustand eingestellt, dass das Pedalstellungssignal einen vorbestimmten Pedalstellungs-Schwellenwert übersteigt, welcher für eine von einer Ruhestellung des Gaspedals verschiedene Gaspedalstellung repräsentativ ist, bzw. das Motormomentensignal einen vorbestimmten Momenten-Schwellenwert über- steigt, welcher für einen von einem Leerlauf-Lastzustand verschiedenen Lastzustand des Antriebsmotors repräsentativ ist.

Sind sämtliche Bedingungen für die Einstellung des von dem ersten Endzustand ver- schiedenen Kupplungszustands erfüllt, so kann dieser gemäß einer bevorzugten Aus- führungsform abhängig von der Stellung eines Gaspedals des Fahrzeugs oder/und abhängig von der Höhe eines Motormoments gewählt werden, welches von einem Antriebsmotor des Fahrzeugs bereitgestellt wird.

Dabei kann zumindest in einem Bereich der Gaspedalstellung bzw. des Motormo- ments die Sperrkupplung in einen weniger stark geschlossenen Kupplungszustand eingestellt werden, wenn das Gaspedal weniger stark gedrückt ist bzw. das Motor- moment kleiner ist, sie jedoch in einen stärker geschlossenen Kupplungszustand ein-

gestellt werden, wenn das Gaspedal stärker gedrückt ist bzw. das Motormoment grö- ßer ist.

Ab einer vorbestimmten Grenzstellung des Gaspedals bzw. einem vorbestimmten Grenzwert des Motormoments kann die Sperrkupplung dann in einen Kupplungszu- stand eingestellt werden, der für verschiedene Stellungen des Gaspedals jenseits der Grenzstellung bzw. für verschiedene Werte des Motormoments jenseits des Grenz- werts im Wesentlichen gleich ist.

Vorzugsweise umfasst die Sperrkupplung eine elektromotorische Stelleinheit, welche zur Verstellung des Kupplungszustands der Sperrkupplung elektrisch angesteuert wird. Grundsätzlich sind beliebige Stellprinzipien denkbar. 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 Rampen- bahn herbeigeführt werden, was den axialen Abstand zwischen den beiden Scheiben- teilen beeinflusst. Es versteht sich, dass auch hydraulische, pneumatische, magnetische oder andere Stelleinheiten zur Anwendung kommen können.

Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zur Steuerung einer Sperrkupplung für ein Achsdifferential eines Kraftfahrzeugs, wobei die Sperrkupplung zwischen einem ersten Endzustand, in welchem sie im Wesentlichen kein Drehmoment überträgt, einem zweiten Endzustand, in welchem sie einen maximalen Anteil eines dem Achs- differential zugeführten Antriebsmoments überträgt, und einer Vielzahl von Zwi- schenzuständen zwischen den beiden Endzuständen verstellbar ist. Erfindungsgemäß umfasst eine solche Anordnung eine die Sperrkupplung steuernde elektronische Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist, mindestens ein für eine Seitenbeschleu- nigung des Fahrzeugs repräsentatives Sensorsignal auszuwerten und die Sperrkupp- lung zumindest abhängig davon in einen von dem ersten Endzustand verschiedenen Kupplungszustand einzustellen, dass die Seitenbeschleunigung des Fahrzeugs einen vorbestimmten, von Null verschiedenen ersten Schwellenwert übersteigt. Die Anord- nung kann durch weitere Merkmale ergänzt werden, die vorstehend im Zusammen- hang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert wurden.

Außerdem betrifft die Erfindung einen Programmcode, der dazu bestimmt und ausge- legt ist, bei Ausführung auf einem programmgesteuerten Rechner eines Kraftfahr- zeugs die Durchführung des Verfahrens der vorstehend beschriebenen Art zu bewirken. Ein solcher Programmcode kann auf einem digitalen Speichermedium, et- wa 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.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläu- tert. Es stellen dar : Figur 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines mechanischen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit für die Steuerung von Sperrkupplungen des Antriebsstrangs benötigten elektrischen und elektronischen Komponenten, Figur 2 ein qualitatives Kennliniendiagramm für die Abhängigkeit des Kupplungszu- stands einer Sperrkupplung eines Achsdifferentials des Fahrzeugs von der Seitenbe- schleunigung des Fahrzeugs, Figur 3 ein qualitatives Kennliniendiagramm für die Abhängigkeit des Kupplungszu- stands der Sperrkupplung von der Stellung eines Gaspedals des Fahrzeugs und Fig. 4 eine Variante des Kennliniendiagramms der Figur 3.

In Figur 1 ist ein mechanischer Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs gezeigt, der all- gemein 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 elektro- motorisches 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 Schalt- kupplung angeordnet sein. Das von dem Wechselgetriebe 14 gewandelte Motormo- ment des Antriebsmotors 12 wird mittels eines Verteilergetriebes 16 in einem vorbe- stimmten 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 aufge- teilt. Das durch das Differential 22 bewirkte Verteilungsverhältnis des an der Vorder- achse 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.

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 stu- fenlos steuerbare Sperrkupplung 36 bzw. 38 zugeordnet, die eine teilweise oder voll- ständige Sperrung des betreffenden Differentials ermöglicht. Die Sperrkupplungen 34,36, 38 sind jeweils mit einer elektromotorischen Stelleinheit 40 mechanisch ge- koppelt, durch die ein gewünschter Kupplungszustand der jeweiligen Sperrkupplung eingestellt werden kann. Die Stelleinheiten 40 werden von einer elektronischen Steu- ereinheit 42 gesteuert, die entsprechende elektrische Steuersignale an die Stellen- heiten 40 liefert. Es versteht sich, dass jede der Stelleinheiten 40 und damit jede der Sperrkupplungen 34,36, 38 individuell steuerbar ist.

Zur elektrischen Signalübertragung von und zu der Steuereinheit 42 dient eine seriel- le Busanordnung 43, die beispielsweise als CAN- (Controller Area Network) Bus aus- gebildet 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 Fahr- zeugs mit der Steuereinheit 42 gegeben sein kann.

Die Steuereinheit 42 weist einen programmgesteuerten Mikroprozessor 44 auf, wel- cher nach Maßgabe eines in einem elektronischen Speicher 46 der Steuereinheit 42 abgelegten Steuerprogramms geeignete Steuersignale für die Stelleinheiten 40 er- zeugt. Das Steuerprogramm ist schematisch in Figur 1 bei 48 angedeutet. Zur Erzeu- gung 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 zugrei- fen, die für diese Betriebsparameter repräsentativ sind. Beispielsweise stellen Dreh- zahisensoren 50 Informationen über die Drehzahl jedes der Räder 24,26, 30,32 bereit. Aus den gemessenen Raddrehzahlen kann die Steuereinheit 42 etwaige Dreh-

zahidifferenzen 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 Geschwin- digkeit des Fahrzeugs ermitteln.

Die Steuereinheit 42 kann ferner 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 hat die Steuereinheit 42 über die Busanordnung 43 Zugriff auf ein Pedalstellungssignal, welches die Stellung eines Gaspedals 54 des Fahrers angibt. Die Pedalstellung wird von einem Pedalstellungssensor 56, der beispielsweise ein Potentiometersensor sein kann, erfasst.

Über die Busanordnung 43 kann die Steuereinheit 42 optional zudem auf ein Gang- stellungssignal und ein Lenkwinkelsignal zugreifen. Das Gangstellungssignal wird von einem Gangstellungssensor 58 bereitgestellt, welcher die Gangstellung des Wechsel- getriebes 14 erfasst. Aus dem Gangstellungssignal kann die Steuereinheit 42 erken- nen, ob und welcher Gang eingelegt ist. Das Lenkwinkelsignal wird von einem Drehwinkelsensor 60 geliefert, welcher die Drehstellung eines Lenkrads 62 des Fahr- zeugs 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 a beizeichneten Lenkwinkel des Fahrzeugs, d. h. die Winkelabweichung der Vorderräder 24,26 von einer Geradeausstellung.

Figur 1 stellt lediglich ein Beispiel einer Antriebsstrangkonfiguration dar, bei der die Erfindung eingesetzt werden kann. Es versteht sich, dass verschiedene andere Konfi- gurationen des Antriebsstrangs vorstellbar sind. Beispielsweise kann es sich um ein Kraftfahrzeug mit reinem Vorderachsantrieb oder Hinterachsantrieb handeln, wo stets nur eine Achse angetrieben ist. Es kann sich auch um ein Fahrzeug mit einer primär angetriebenen Achse und einer mittels einer steuerbaren Verteilerkupplung bedarfsweise zuschaltbaren sekundären Achse handeln ("On Demand"-Konzept).

Auch muss die Bestückung der Differentiale mit aktiv steuerbaren Sperrkupplungen nicht so sein, wie in Figur 1 dargestellt. So ist es ohne weiteres vorstellbar, eine oder zwei der insgesamt drei in Figur 1 dargestellten steuerbaren Sperrkupplungen durch eine passive Sperrkupplung, etwa eine Visco-Kupplung, zu ersetzen.

Nachfolgend wird ein Steuerkonzept für die Vorderachs-Sperrkupplung 36 der Figur 1 erläutert. Dieses Steuerkonzept ist sinngemäß auf die Hinterachs-Sperrkupplung 38 übertragbar. Im Normalfall ist die Sperrkupplung 36 offen, d. h., sie überträgt kein Kupplungsmoment. Das Differential 22 wirkt dann als offenes Differential. Sobald die Steuereinheit 42 aus den Raddrehzahlen der Vorderräder 24,26 eine Drehzahidiffe- renz erfasst, gibt sie ein Steuersignal an die entsprechende Stelleinheit 40 aus, das eine Überführung der Sperrkupplung in einen zumindest teilweise geschlossenen Kupplungszustand bewirkt. Das wenigstens teilweise Schließen der Sperrkupplung 36 legt ein Sperrmoment an das Differential 22 an, das der Ausgleichswirkung des Diffe- rentials 22 entgegenwirkt.

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 Hardware im- plementierten Drehzahldifferenz-Regler, dem die erfasste Drehzahldifferenz als Re- geldifferenz 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 Drehzahidifferenz auftreten kann, ist zweckmäßigerweise eine Regelschwelle festgelegt, unterhalb der die Steuereinheit 42 nicht auf Drehzahldifferenzen reagiert.

Die Steuereinheit 42 spricht jedoch nicht nur auf Drehzahldifferenzen zwischen den Vorderrädern 24,26 an, sondern ist auch dazu ausgelegt, bei insbesondere be- schleunigten Kurvenfahrten auf eine übermäßige Seitenbeschleunigung des Fahr- zeugs zu reagieren. Zur Erfassung der Seitenbeschleunigung dient ein in Figur 1 schematisch dargestellter Seitenbeschleunigungssensor 64, der sein Sensorsignal auf die Busanordnung 43 ausgibt. Die Steuereinheit 42 greift auf dieses Seitenbeschleu- nigungssignal zu und ermittelt hieraus den aktuellen Wert der Seitenbeschleunigung.

Bei ausreichend starker Seitenbeschleunigung, insbesondere in Verbindung mit einer gleichzeitigen Längsbeschleunigung, kann das Fahrzeug eine vergleichsweise starke Neigung zum Untersteuern zeigen. Durch wenigstens teilweises Schließen der Sperr- kupplung 36 kann die Traktion verbessert und diesem Untersteuern entgegengewirkt werden.

Deshalb prüft die Steuereinheit 42 z. B. fortlaufend oder in regelmäßigen Abständen, ob die auf das Fahrzeug 10 wirkende Seitenbeschleunigung größer als ein vorbe-

stimmter, von Null verschiedener Schwellenwert ist. Gegebenenfalls prüft die Steuer- einheit 42 eine oder mehrere zusätzliche Bedingungen. Insbesondere kann die Steu- ereinheit 42 prüfen, ob das Antriebsmoment des Motors 12 größer als eine vorbestimmte Schwelle ist. Übersteigt die Seitenbeschleunigung den betreffenden Schwellenwert, muss dann auch noch das Antriebsmoment erst die zugehörige Schwelle übersteigen, bevor die Steuereinheit 42 die wenigstens teilweise Schließung der Sperrkupplung 36 bewirkt. Als Indikator für das Antriebsmoment eignet sich das vom Sensor 52 bereitgestellte Motormomentensignal. Die Steuereinheit kann jedoch auch auf das vom Sensor 56 gelieferte Pedalstellungssignal zurückgreifen, da die Pedalstellung ebenfalls Aussagekraft über das bereitgestellte Antriebsmoment hat.

Im folgenden wird davon ausgegangen, dass die Steuereinheit 42 das Seitenbe- schleunigungssignal und das Pedalstellungssignal auswertet. Selbstverständlich gel- ten die nachstehenden Ausführungen sinngemäß genauso, wenn statt des Pedalstellungssignals das Motormomentensignal verwendet wird. Es ist sogar mög- lich, beide Signale auszuwerten.

In den Kennliniendiagrammen der Figuren 2 und 3 bezeichnet a die Seitenbeschleu- nigung, während s die Gaspedalstellung bezeichnet. fl, 2 sind Faktoren, die ein bei- spielsweise prozentuales Maß für den einzustellenden Schließgrad der Sperrkupplung 36 darstellen. Ein größerer Wert von fl bzw. f2 entspricht einem stärkeren Schließen der Sperrkupplung 36.

Der erwähnte Schwellenwert der Seitenbeschleunigung, der als eine von ggf. mehre- ren Bedingungen für das wenigstens teilweise Schließen der Sperrkupplung 36 über- schritten werden muss, ist in Figur 2 mit ao bezeichnet. In einem Bereich der Seitenbeschleunigung, der von ao bis zu einem Wert al reicht, hängt der Grad des Schließens der Sperrkupplung 36 vom Wert der Seitenbeschleunigung a ab. Speziell wird die Sperrkupplung 36 mit zunehmendem Wert der Seitenbeschleunigung a zu- nehmend stärker geschlossen. Ab dem (oberen) Schwellenwert al der Seitenbe- schleunigung wird die Sperrkupplung 36 nicht mehr stärker geschlossen. Vielmehr wird oberhalb des Schwellenwerts al stets der gleiche Kupplungszustand gewählt.

Dieses ist vorzugsweise nicht der vollständig geschlossene Zustand der Sperrkupp- lung 36. Vielmehr handelt es sich bei dem Kupplungszustand, der ab dem oberen Schwellenwert al an der Sperrkupplung 36 eingestellt wird, um einen Zwischenzu- stand, in dem die Sperrkupplung 36 nur teilweise geschlossen ist. Der Anteil des von der Sperrkupplung 36 übertragenen Moments am insgesamt an der Vorderachse 18

anliegenden Antriebsmoment beträgt in diesem am stärksten geschlossenen Kupp- lungszustand etwa 80%.

In dem Bereich zwischen ao und al liegt bei dem beispielhaften Kennliniendiagramm der Figur 2 eine abschnittsweise proportionale Abhängigkeit des Faktors fi von der Seitenbeschleunigung a vor. Es versteht sich, dass auch eine nicht-lineare Abhängig- keit gewählt werden kann. Der untere Schwellenwert ao der Seitenbeschleunigung beträgt beispielsweise etwa 4, 5m/s2. Dagegen kann der obere Schwellenwert al der Seitenbeschleunigung beispielsweise etwa 6, 5m/s2 betragen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der bei Überschreiten des (unteren) Schwel- lenwerts ao der Seitenbeschleunigung-und ggf. Erfüllung mindestens einer weiteren Bedingung-einzustellende Kupplungszustand der Sperrkupplung 36 von der Stel- lung des Gaspedals 54 abhängig sein. Gemäß dem beispielhaften Kennliniendia- gramm der Figur 3 steigt der Faktor f2 bis zu einer Grenzstellung so des Gaspedals an und verharrt oberhalb dieser Grenzstellung so auf einem im Wesentlichen konstanten Wert. Die Grenzstellung so entspricht einer teilweise niedergetretenen Stellung des Gaspedals 54, in der Letzteres beispielsweise zu einem Drittel, zur Hälfte oder zu zwei Dritteln niedergetreten ist.

Bei der Ermittlung des einzustellenden Kupplungszustands multipliziert die Steuerein- heit 42 die Werte der Faktoren fl, fz, die für den aktuellen Wert der Seitenbeschleu- nigung a bzw. die aktuelle Gaspedalstellung s aus den Kennliniendiagrammen der Figuren 2 und 3 erhalten werden. Ab der Grenzstellung so entspricht der Wert des Faktors f2 zweckmäßigerweise 100 %, so dass bei einer Seitenbeschleunigung größer ao und einem gleichzeitig über die Grenzstellung so hinaus niedergetretenem Gaspe- dal 54 der aus dem Kennliniendiagramm der Figur 2 entnehmbare Wert für den Fak- tor fi unmittelbar den Schließgrad der Sperrkupplung 36 angibt. Liegt die Pedalstellung jedoch nur in einem Bereich zwischen der Ruhestellung des Gaspedals und der Grenzstellung so, so wird der aus dem Kennliniendiagramm der Figur 2 ent- nehmbare Wert für den Faktor fi entsprechend dem Wert des Faktors f2 prozentual verringert. Wenngleich in Figur 3 eine proportionale Abhängigkeit des Faktors f2 von der Gaspedalstellung s in dem Bereich unterhalb der Grenzstellung so gezeigt ist, kann selbstverständlich auch eine nicht-lineare Abhängigkeit in diesem Bereich vor- liegen.

Die Kennliniendiagramme der Figuren 2 und 3 sind zweckmäßigerweise in tabellari- scher Form in dem Speicher 46 der Steuereinheit 42 gespeichert. Es ist alternativ denkbar, die in den Figuren 2 und 3 zum Ausdruck gebrachten Abhängigkeiten in Form eines mathematischen Formelausdrucks in der Steuereinheit 42 zu implemen- tieren.

Gemäß der Variante der Fig. 4 kann der Faktor fz unterhalb einer vorbestimmten Sig- nalschwelle sl Null sein. Erst oberhalb der Schwelle Si hat der Faktor fz bei dieser Variante einen von Null verschiedenen Wert. Dabei kann der Faktor f2 einen Sprung- verlauf haben, wie in Fig. 4 mit durchgezogener Linie gezeigt. Eine solcher Sprung- verlauf ist ein repräsentatives Beispiel für den Fall, dass zusätzlich zur Seitenbeschleunigung ein weiterer Parameter eine vorbestimmte Bedingung erfüllen muss, bevor die betreffende Sperrkupplung wenigstens teilweise geschlossen wird.

Die Bedingung wäre im vorliegenden Beispielfall der Fig. 4, dass das Pedalstellungs- signal s die Schwelle si (und entsprechend die Antriebskraft eine bestimmte Schwel- le) überschreiten muss. Es ist sogar möglich, nach Überschreiten der Schwelle si noch eine wenigstens bereichsweise Abhängig des einzustellenden Kupplungszu- stands vom aktuellen Wert des Pedalstellungssignals s zu implementieren. Dieser Fall ist in Fig. 4 durch den gestrichelten Kennlinienast dargestellt.

Wenngleich vorstehend die Gaspedalstellung s als Einflussparameter bei der Bestim- mung desjenigen Kupplungszustands beschrieben ist, der bei Überschreiten des un- teren Schwellenwerts ao der Seitenbeschleunigung an der Sperrkupplung 36 einzustellen ist, so kann alternativ oder zusätzlich das vom Antriebsmotor 12 bereit- gestellte Motormoment von der Steuereinheit 42 berücksichtigt werden. Neben der Gaspedalstellung oder/und dem Motormoment kann der einzustellende Kupplungszu- stand der Sperrkupplung noch von mindestens einem weiteren Betriebsparameter des Fahrzeugs abhängig sein, beispielsweise dem Lenkwinkel a, der Längsbeschleu- nigung des Fahrzeugs (diese kann mittels eines in den Zeichnungen nicht näher dar- gestellten Längsbeschleunigungssensors gemessen werden), der Fahrzeuggeschwindigkeit, einem die Stärke des Gierens des Fahrzeugs angebenden Gierparameter (hierzu kann ein in den Zeichnungen ebenfalls nicht näher dargestell- ter Gierratensensor vorgesehen sein) oder der Drehzahldifferenz zwischen den Rä- dern der angetriebenen Achse.