DE10038738B4 - Device for controlling the switching element of an integrated in an axle of a motor vehicle differential lock - Google Patents

Device for controlling the switching element of an integrated in an axle of a motor vehicle differential lock Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur Ansteuerung des Schaltelements einer in einer Achse eines Kraftfahrzeuges integrierten Differentialsperre, mit einem Aktuator, dem Steuersignale von einer Steuereinheit als Funktion der von Drehzahlsensoren ermittelten Rotationsgeschwindigkeiten der Räder des Kraftfahrzeuges zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator ein elektrohydrostatischer Aktuator ist, der einen Elektromotor (1), ein Getriebe, einen Hydraulikzylinder (3) und eine Hydraulikleitung (4) aufweist, die mit dem Schaltelement (5) in der Differentialsperre lösbar verbunden ist.Device for controlling the switching element of a differential lock integrated in an axle of a motor vehicle, with an actuator, to which control signals are fed from a control unit as a function of the rotational speeds of the motor vehicle wheels determined by speed sensors, characterized in that the actuator is an electrohydrostatic actuator, the one Has an electric motor (1), a transmission, a hydraulic cylinder (3) and a hydraulic line (4) which is releasably connected to the switching element (5) in the differential lock.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ansteuerung des Schaltelementes einer in einer Achse eines Kraftfahrzeuges integrierten Differentialsperre mit einem Aktuator, dem Steuersignale von einer Steuereinheit als Funktion der von Drehzahlsensoren ermittelten Rotationsgeschwindigkeiten der Räder des Kraftfahrzeuges zugeführt werden.The present invention relates to a device for controlling the switching element of an integrated in an axle of a motor vehicle differential lock with an actuator, the control signals from a control unit as a function of the rotation speed of the wheels of the motor vehicle determined by speed sensors are supplied.

Differentialsperren mit einer externen Steuerung weisen üblicherweise Lamellenkupplungen auf, mit denen das offene Differential gesperrt werden kann. Durch geeignete Stellglieder kann das mit der Lamellenkupplung übertragene Sperrmoment auf beispielsweise hydraulischem Weg stufenlos verändert werden. Dies ist wichtig, um mit Hilfe einer üblicherweise elektronischen Regelung das Sperrmoment im Hinblick auf Traktion und Fahrstabilität möglichst gut an die unterschiedlichen Schlupf- bzw. Reibverhältnisse zwischen den Rädern und der Fahrbahn anzupassen. Mit Hilfe von Drehzahlsensoren an der angetriebenen und an der nicht angetriebenen Achse können die Schlupfverhältnisse der antreibenden Räder erkannt werden und durch Ansteuerung des Sperrdifferentials das Durchdrehen eines Rades verhindert werden.Differential locks with an external control usually have multi-plate clutches, with which the open differential can be locked. By suitable actuators transmitted with the multi-plate clutch locking torque can be changed continuously, for example, hydraulic way. This is important in order to adapt the blocking torque in terms of traction and driving stability as well as possible to the different slip or friction conditions between the wheels and the roadway with the aid of a conventionally electronic control system. With the help of speed sensors on the driven and on the non-driven axle, the slip conditions of the driving wheels can be detected and by controlling the locking differential, the wheel spin can be prevented.

So beschreibt beispielsweise die DE 38 37 862 eine Vorrichtung zur stufenlosen Steuerung des Sperrgrades von extern gesteuerten Sperrdifferentialen in einer angetriebenen Achse eines mehrachsigen Fahrzeugs, bei dem Radgeschwindigkeiten der Räder der angetriebenen Achse und einer nicht angetriebenen Achse erfasst und als Regelgrößen verwendet werden. Hierbei wird ein Differenzgeschwindigkeits-Sollwert für die angetriebenen Räder in Abhängigkeit von der an den nicht angetriebenen Rädern ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt, wobei die Radgeschwindigkeitdifferenz zwischen den angetriebenen Rädern erfaßt und durch Variieren der Sperrwirkung auf den von Null abweichenden Differenzgeschwindigkeits-Sollwert zum Ausgleich des Einflusses von Störgrößen nachgeregelt wird.For example, describes the DE 38 37 862 a device for continuously controlling the degree of locking of externally controlled locking differentials in a driven axle of a multi-axle vehicle, are detected in the wheel speeds of the wheels of the driven axle and a non-driven axle and used as controlled variables. Here, a differential speed target value for the driven wheels is determined in dependence on the vehicle speed determined at the non-driven wheels, the wheel speed difference between the driven wheels being detected and by varying the locking effect on the non-zero differential speed target value to compensate for the influence of disturbances is readjusted.

Ein Beispiel eines Differentialgetriebes mit einer steuerbaren Sperrvorrichtung in Form von Lamellenkupplungen ist in der DE 197 09 523 beschrieben. Die steuerbare Sperrvorrichtung bei diesem bekannten Differentialgetriebe wird von einer differenzdrehzahlabhängig wirkenden Betätigungsvorrichtung beaufschlagt, die einen im Getriebegehäuse gelagerten drehend antreibbaren Differentialkorb mit zwei koaxial in diesem angeordneten Achswellenkegelrädern aufweist, die mit einsteckbaren Achswellenzapfen verbunden sind. Eine Mehrzahl von auf radialen Zapfen im Gehäuse drehbar angeordneten Ausgleichskegelrädern sind mit jeweils den beiden Achswellenrädern im Eingriff, wobei die Achsen der Zapfen der Ausgleichskegelräder in einer Mittelebene des Differentialkorbs liegen und wobei die Lamellenkupplung zum Sperren koaxial im Differentialkorb relativ zur Mittelebene auf einer ersten Seite angeordnet ist, während eine Pumpeneinheit zum Betätigen koaxial im Differentialkorb auf der anderen Seite der Mittelebene angeordnet ist.An example of a differential gear with a controllable locking device in the form of multi-plate clutches is in the DE 197 09 523 described. The controllable locking device in this known differential gear is acted upon by a differential speed-dependent acting actuator having a mounted in the gear housing rotationally driven differential carrier with two coaxially arranged in this Achswellenkegelrädern, which are connected to plug-in axle journal. A plurality of radial pin in the housing rotatably mounted bevel gears are engaged with each of the two axle gears, wherein the axes of the pins of the bevel gears lie in a median plane of the differential carrier and wherein the multi-plate clutch for locking coaxially disposed in the differential carrier relative to the median plane on a first side while a pump unit for operating is arranged coaxially in the differential carrier on the other side of the median plane.

Ein weiteres Beispiel eines Differentialgetriebes mit einer Sperrvorrichtung in Form einer Lamellenkupplung ist in der DE 38 13 305 beschrieben. Die Lamellenkupplung wird hierbei von einer hydraulischen Betätigungsvorrrichtung beaufschlagt, die sich außerhalb des Differentialkorbs jedoch innerhalb des Differentialgetriebes befindet, wobei ein axial verschieblicher Ringkolben über ein Axialdrucklager auf einen mit dem Differentialkorb umlaufenden Druckring einwirkt. Von diesem wird über Schubstangen oder Druckelemente die Kolbenkraft auf die Lamellenkupplung übertragen. Die innerhalb des Getriebegehäuses liegenden Achswellenzapfenabschnitte sind unterschiedlich lang und unterschiedlich gestaltet.Another example of a differential gear with a locking device in the form of a multi-plate clutch is in the DE 38 13 305 described. The multi-plate clutch is acted upon by a hydraulic Betätigungsvorrrichtung, which is located outside of the differential carrier, however, within the differential gear, wherein an axially displaceable annular piston acts via a thrust bearing on a rotating with the differential carrier pressure ring. From this, the piston force is transmitted to the multi-plate clutch via push rods or pressure elements. The axle journal sections lying within the transmission housing have different lengths and different designs.

Die DE 35 24 615 C2 schlägt zum Betätigen einer Differentialsperre für ein Kraftfahrzeug eine von einem Elektromotor angetriebene Pumpe vor, welche über eine Pumpenleitung mit einem Hydrozylinder der Differentialsperre verbunden ist.The DE 35 24 615 C2 proposes to actuate a differential lock for a motor vehicle before a driven by an electric motor pump, which is connected via a pump line to a hydraulic cylinder of the differential lock.

Dem ähnlich schlägt die DE 36 40 082 A1 zur Betätigung eines zu bewegenden Flugzeugteils einen elektrohydraulischen Aktuator vor, bei welchem ein Elektromotor über ein Schwungrad einen verstellbaren hydraulischen Pumpen/Motor antreibt. Dieser ist wiederum an eine doppelt wirkende Kolben-Zylindereinheit angeschlossen, welche an das zu bewegende Flugzeugteil angelenkt ist.The beats the similar DE 36 40 082 A1 for actuating an aircraft part to be moved, an electrohydraulic actuator in which an electric motor drives an adjustable hydraulic pump / motor via a flywheel. This is in turn connected to a double-acting piston-cylinder unit, which is articulated to the moving part of the aircraft.

Die DE 690 12 403 T2 offenbart ebenfalls ein elektrohydraulisches Betätigungselement, bei welchem ein Betätigungskolben bzw. eine an dem Betätigungskolben befestigte Betätigungsstange mittels einer elektromotorisch angetriebenen Pumpe hydraulisch bewegbar ist.The DE 690 12 403 T2 also discloses an electro-hydraulic actuator in which an actuating piston or an actuating rod attached to the actuating piston is hydraulically movable by means of an electric motor-driven pump.

Die DE 36 25 141 C2 offenbart eine Antriebseinheit für ein Fahrzeug mit einem hydrodynamischen Leistungsverzweigungsgetriebe und einem Notfahraggregat. Das Leistungsverzweigungsgetriebe weist hierbei ein Planetendifferential auf, und das Notfahraggregat weist einen Hilfsmotor sowie einen von dem Hilfsmotor bedarfsweise antreibbaren verstellbaren Hydrowandler auf, welcher hydraulisch mit zwei Hydrowandlern des Leistungsverzweigungsgetriebes verbunden ist. Diese beiden Hydrowandler wirken wiederum derart mit dem Planetendifferential zusammen, dass eine von dem Notfahraggregat aufgebrachte Antriebsleistung über die Hydrowandler und das Planetendifferential auf eine Antriebsachse des Fahrzeugs übertragbar ist.The DE 36 25 141 C2 discloses a drive unit for a vehicle having a hydrodynamic power split transmission and an emergency drive unit. The power split transmission in this case has a planetary differential, and the emergency drive unit has an auxiliary motor and an adjustable hydraulic converter which can be driven by the auxiliary motor as required, which is hydraulically connected to two hydraulic transporters of the power split transmission. These two hydraulic converters in turn interact with the planetary differential in such a way that a drive power applied by the emergency drive unit can be transmitted via the hydraulic converter and the planetary differential to a drive axle of the vehicle.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Ansteuerung des Schaltelements einer in einer Achse eines Kraftfahrzeuges integrierten Differentialsperre zu schaffen, die es ermöglicht, den Bauraum im Differentialgetriebe zu verkleinern, die einen modularen Aufbau der Achse mit wenigen und einfachen Anschlußstellen zum Fahrzeug ermöglicht und die den Montageaufwand beim Fahrzeughersteller verringert.Object of the present invention is to provide a device for driving the switching element of an integrated differential lock in an axle of a motor vehicle, which makes it possible to reduce the space in the differential gear, which allows a modular construction of the axle with few and simple connection points to the vehicle and which reduces the assembly work for the vehicle manufacturer.

Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs näher genannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.Starting from a device of the type mentioned in more detail, the solution of this problem with the features specified in claim 1; advantageous embodiments are described in the subclaims.

Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, dass der Aktuator, der außerhalb des Gehäuses der Differentialsperre angeordnet ist, ein elktrohydrostatischer Aktuator ist, der einen Elektromotor, ein Getriebe, einen Hydraulikzylinder und eine Hydraulikleitung aufweist, die mit dem Schaltelement in der Differentialsperre in lösbarer Weise verbunden ist.According to the invention, it is therefore proposed that the actuator, which is arranged outside the housing of the differential lock, is an electro-static actuator which has an electric motor, a transmission, a hydraulic cylinder and a hydraulic line, which is connected to the switching element in the differential lock in a detachable manner.

Das Getriebe ist vorteilhafterweise in den Elektromotor integriert und über ein mechanisches Stellelement, beispielsweise eine Zahnstange mit dem Hyraulikzylinder verbunden.The transmission is advantageously integrated in the electric motor and connected via a mechanical actuator, such as a rack with the hydraulic cylinder.

Durch die externe Anordnung des Aktuators zur Ansteuerung des vorzugsweise als Lamellenkupplung ausgebildeten Schaltelements wird eine nicht unwesentliche Verringerung des Bauraumbedarfs für das Differentialgetriebe ermöglicht. Zugleich wird der Vorteil eines modularen Aufbaus der Achse erzielt, die nur noch wenige und einfache Anschlußstellen zum Fahrzeug aufweist. Auch die Anforderungen der Fahrzeughersteller nach Drive-by-wire, d. h. dass die Module oder Fahrzeugkomponenten nur noch über wenige elektrische bzw. hydraulische Leitungen mit dem Fahrzeug verbunden werden, wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erfüllt. Dadurch wird auch der Montageaufwand beim Fahrzeughersteller verringert.Due to the external arrangement of the actuator for controlling the preferably designed as a multi-plate clutch switching element a not insignificant reduction in the space requirement for the differential gear is possible. At the same time the advantage of a modular construction of the axle is achieved, which has only a few and simple connection points to the vehicle. Also the requirements of the vehicle manufacturers for drive-by-wire, d. H. The fact that the modules or vehicle components are only connected to the vehicle via a few electrical or hydraulic lines is fulfilled by the device according to the invention. As a result, the assembly effort is reduced at the vehicle manufacturer.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei in der einzigen Figur eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt ist.In the following the invention will be explained in more detail with reference to the drawing, wherein in the single figure, a schematic representation of the device according to the invention is shown.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist als Kraftquelle einen Elektromotor 1 auf, in den ein Getriebe integriert ist. Dieses beaufschlagt ein mechanisches Stellelement 2, beispielsweise eine Zahnstange, die mit der Kolbenstange eines Hydraulikzylinders 3 verbunden ist. Die Kraft für die Betätigung des schematisch mit 5 bezeichneten Schaltelementes, das vorzugsweise eine Lamellenkupplung ist, wird hydrostatisch über eine Hydraulikleitung 4 dem Schaltelement 5 übertragen.The device according to the invention has an electric motor as power source 1 on, in which a transmission is integrated. This acts on a mechanical actuator 2 , For example, a rack connected to the piston rod of a hydraulic cylinder 3 connected is. The force for the operation of the schematically with 5 designated switching element, which is preferably a multi-plate clutch is hydrostatically via a hydraulic line 4 the switching element 5 transfer.

Diese elektro-hydrostatische Ansteuerung des Schaltelements 5 der Differentialsperre ist kostengünstig herstellbar und erfordert als Montageaufwand beim Fahrzeughersteller nur den Anschluß der Hydraulikleitung an das Gehäuse der Differentialsperre.This electro-hydrostatic control of the switching element 5 the differential lock is inexpensive to produce and requires installation effort when the vehicle manufacturer only the connection of the hydraulic line to the housing of the differential lock.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Elektromotorelectric motor
22
Stellelementactuator
33
Hydraulikzylinderhydraulic cylinders
44
Hydraulikleitunghydraulic line
55
Schaltelementswitching element

Claims (3)

Vorrichtung zur Ansteuerung des Schaltelements einer in einer Achse eines Kraftfahrzeuges integrierten Differentialsperre, mit einem Aktuator, dem Steuersignale von einer Steuereinheit als Funktion der von Drehzahlsensoren ermittelten Rotationsgeschwindigkeiten der Räder des Kraftfahrzeuges zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator ein elektrohydrostatischer Aktuator ist, der einen Elektromotor (1), ein Getriebe, einen Hydraulikzylinder (3) und eine Hydraulikleitung (4) aufweist, die mit dem Schaltelement (5) in der Differentialsperre lösbar verbunden ist.Device for controlling the switching element of a differential lock integrated in an axle of a motor vehicle, with an actuator to which control signals are supplied by a control unit as a function of the rotation speeds of the wheels of the motor vehicle determined by speed sensors, characterized in that the actuator is an electrohydrostatic actuator having a Electric motor ( 1 ), a transmission, a hydraulic cylinder ( 3 ) and a hydraulic line ( 4 ), which with the switching element ( 5 ) is releasably connected in the differential lock. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe in den Elektromotor (1) integriert ist und über ein mechanisches Stellelement (2) mit dem Hydraulikzylinder (3) verbunden 20 ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the transmission in the electric motor ( 1 ) is integrated and via a mechanical actuator ( 2 ) with the hydraulic cylinder ( 3 ) is connected 20. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Stellelement (2) eine Zahnstange ist.Device according to claim 2, characterized in that the mechanical actuator ( 2 ) is a rack.
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