DE112010000870T5

DE112010000870T5 - Vierradantrieb-Fahrzeug mit Trennungssystem

Info

Publication number: DE112010000870T5
Application number: DE112010000870T
Authority: DE
Inventors: Todd Ekonen; Douglas Bradley; Bradley LARKIN
Original assignee: Magna Powertrain of America Inc
Current assignee: Magna Powertrain of America Inc
Priority date: 2009-01-21
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2012-09-27
Also published as: US8608611B2; KR101633143B1; CN102282032A; KR20110117094A; JP5806119B2; US9193263B2; WO2010085519A1; CN102282032B; US20110275470A1; JP2012515677A; US20140100077A1

Abstract

Eine Fahrzeug-Antriebseinheit zum Übertragen eines Drehmoments zu einem ersten und einem zweiten Satz von Rädern umfasst einen ersten Antriebsstrang, der ausgebildet ist, um ein Drehmoment zu dem ersten Satz von Rädern zu übertragen, und eine Synchronisierungskupplung. Ein zweiter Antriebsstrang ist ausgebildet, um ein Drehmoment zu dem zweiten Satz von Rädern zu übertragen, und enthält eine Krafttrennungseinrichtung und eine Reibungskupplung. Ein Hypoidzahnradsatz ist in dem zweiten Antriebsstrngskupplung und der Krafttrennungseinrichtung angeordnet. Die Reibungskupplung und die Krafttrennungseinrichtung sind auf gegenüberliegenden Seiten des Hypoidzahnradsatzes angeordnet. Der Hypoidzahnradsatz wird wahlweise von einem Antrieb durch den ersten Antriebsstrang, den zweiten Antriebsstrang oder die Räder getrennt, wenn die Synchronisierungskupplung und die Krafttrennungseinrichtung in getrennten, kein Drehmoment übertragenden Modi betrieben werden.

Description

Eine Fahrzeug-Antriebseinheit zum Übertragen eines Drehmoments auf einen ersten und einen zweiten Satz von Rädern enthält einen ersten Antriebsstrang zum Übertragen eines Drehmoments auf den ersten Rädersatz und eine Synchronisierungskupplung. Ein zweiter Antriebsstrang ist ausgebildet, um ein Drehmoment zu dem zweiten Rädersatz zu übertragen, und enthält eine Krafttrennungseinrichtung und eine Reibungskupplung. Ein Hypoidzahnradsatz ist in dem zweiten Antriebsstrang in einem Kraftpfad zwischen der Synchronisierungskupplung und der Krafttrennungseinrichtung angeordnet. Die Reibungskupplung und die Krafttrennungseinrichtung sind auf gegenüberliegenden Seiten des Hypoidzahnradsatzes angeordnet. Der Hypoidzahnradsatz wird wahlweise von einem Antrieb des ersten Antriebsstrangs, des zweiten Antriebsstrangs oder der Räder getrennt, wenn die Synchronisierungskupplung und die Krafttrennungseinrichtung in getrennten, kein Drehmoment übertragenen Modi betrieben werden.
Weiterhin umfasst eine Fahrzeug-Antriebseinheit zum Übertragen eines Drehmoments von einer Kraftquelle zu einem ersten und einem zweiten Satz von Rädern einen ersten Antriebsstrang, der ausgebildet ist, um ein Drehmoment von der Kraftquelle zu dem ersten Satz von Rädern zu übertragen, und weiterhin eine Kraftübertragungseinheit. Der erste Antriebsstrang enthält ein Differentialgetriebe, einen ersten Hypoidzahnradsatz und einen Synchronisierer, der zwischen dem Differentialgetriebe und dem ersten Hypoidzahnradsatz angeordnet ist, um wahlweise ein Drehmoment von der Kraftquelle zu dem ersten Hypoidzahnradsatz zu übertragen oder die Drehmomentübertragung zu unterbrechen. Ein zweiter Antriebsstrang empfängt ein Drehmoment von dem ersten Hypoidzahnradsatz und überträgt das Drehmoment zu dem zweiten Satz von Rädern. Der zweite Antriebsstrang enthält eine Krafttrennungseinrichtung, die wahlweise die Übertragung des Drehmoments von dem zweiten Satz von Rädern auf den ersten Hypoidzahnradsatz unterbricht. Der zweite Antriebsstrang umfasst weiterhin eine Reibungskupplung für das Übertragen eines Drehmoments zwischen dem ersten Hypoidzahnradsatz und einem mit dem zweiten Antriebsstrang assoziierten zweiten Hypoidzahnradsatz.
Weiterhin wird ein Verfahren zum Übertragen eines Drehmoments von einer Kraftquelle zu einem ersten Paar und einem zweiten Paar von Rädern in einer Fahrzeug-Antriebseinheit angegeben. Das Verfahren umfasst das Übertragen eines Drehmoments von der Kraftquelle zu dem ersten Paar von Rädern über eine erste Getriebevorrichtung. Eine synchronisierende Kupplung in der ersten Getriebevorrichtung wird betätigt, um ein Drehmoment zu einem Antriebsstrang zu übertragen, der das erste Paar von Rädern mit dem zweiten Paar von Rädern verbindet. Eine Reibungskupplung wird anschließend betätigt, um das Drehmoment von dem Antriebsstrang zu einer hinteren Antriebsachse zu übertragen und dadurch eine Drehung des Zahnradsatzes in der hinteren Antriebsachse einzuleiten. Das Verfahren umfasst weiterhin das Betätigen einer Trennungseinrichtung, um eine mit einem Rad des zweiten Paars von Rädern gekoppelte Welle antreibend mit einem drehbaren Glied der hinteren Antriebsachse zu verbinden, sobald eine Geschwindigkeitssynchronisierung zwischen den durch die Trennungseinrichtung gekoppelten Komponenten erzielt wurde.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten gehen aus der folgenden Beschreibung hervor. Es ist zu beachten, dass die folgende Beschreibung beispielhaft erläuternd aufzufassen ist und den Erfindungsumfang in keiner Weise einschränkt.
Zeichnungen
Die Zeichnungen sind beispielhaft veranschaulichend zu verstehen und schränken den Erfindungsumfang in keiner Weise ein.
1 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Fahrzeugs mit einer Fahrzeug-Antriebseinheit gemäß der Erfindung.
2 ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die einen Teil der Antriebseinheit von 1 zeigt.
3 ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die einen anderen Teil der Antriebseinheit von 1 zeigt.
3A ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die einen weiteren Teil der Antriebseinheit von 1 zeigt.
4 ist eine schematische Ansicht eines anderen beispielhaften Fahrzeugs mit einer alternativen Fahrzeug-Antriebseinheit.
5 ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die einen Teil der Antriebseinheit von 4 zeigt.
Ausführliche Beschreibung
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhaft aufzufassen, wobei die Erfindung nicht auf die hier beschriebenen Anwendungen beschränkt ist. In der folgenden Beschreibung werden durchgehend gleiche Bezugszeichen verwendet, um einander entsprechende Komponenten anzugeben.
Allgemein nimmt die folgende Beschreibung auf eine Kupplung und ein hypoides Trennungssystem für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs Bezug. Eine Kraftübertragungseinheit kann mit einem Synchronisierer ausgestattet sein, um die Kraftquelle von einem Teil des Antriebsstrangs zu trennen und nach einer Synchronisierung des Antriebsstrangs erneut zu verbinden. Eine Klauenkupplung oder Rollenkupplung kann vorgesehen sein, um einen Teil des Antriebsstrangs von einem oder mehreren der Fahrzeugräder zu trennen. Außerdem kann eine Reibungskupplung in Reihe mit dem Antriebsstrang angeordnet sein, um eine Geschwindigkeitssynchronisierung zwischen den Komponenten eines vorderen und eines hinteren Antriebsstrangs vorzusehen, wenn eine erneute Antriebsverbindung gewünscht wird. Das Hypoidgetriebe des Fahrzeug-Antriebsstrangs kann von der antreibenden Kraftquelle getrennt werden, um Panschverluste und andere mechanische Ineffizienzen zu reduzieren.
In 1–3 der Zeichnungen ist eine Antriebseinheit 10 eines Fahrzeugs mit einem Vierradantrieb gezeigt. Die Antriebseinheit 10 umfasst einen vorderen Antriebsstrang 12 und einen hinteren Antriebsstrang 14, die beide durch eine Kraftquelle wie etwa einen Motor 16 über ein Getriebe 18 angetrieben werden können, das entweder vom manuellen oder vom automatischen Typ ist. In der gezeigten Ausführungsform ist die Antriebseinheit 10 ein Vierradsystem, das eine Kraftübertragungseinrichtung 20 zum Übertragen eines Antriebsdrehmoments von dem Motor 16 und dem Getriebe 18 zu dem vorderen Antriebsstrang 12 und dem hinteren Antriebsstrang 14 umfasst. Die Kraftübertragungseinrichtung 20 ist als eine Kraftübertragungseinheit gezeigt.
Der vordere Antriebsstrang 12 umfasst ein Paar von Vorderrädern 24, die jeweils einzeln durch eine erste Achsenwelle 26 und eine zweite Achsenwelle 28 angetrieben werden, und weiterhin eine Differentialgetriebeanordnung 23. Die Kraftübertragungseinheit 20 umfasst einen Untersetzungszahnradsatz 30, eine Synchronisierungskupplung 34, einen Ausgabezahnradsatz 35 und eine Winkelgetriebeanordnung 36.
Der hintere Antriebsstrang 14 umfasst eine Antriebswelle 38, deren erstes Ende mit der Winkelgetriebeanordnung 36 verbunden ist und deren anderes Ende mit einer Reibungskupplung 39 verbunden ist. Das andere Ende der Reibungskupplung 39 ist mit einer Hinterachsenanordnung 40 verbunden. Der hintere Antriebsstrang 14 umfasst weiterhin ein Paar von Hinterrädern 42, die jeweils individuell durch eine erste Hinterachsenwelle 44 und eine zweite Hinterachsenwelle 46 angetrieben werden. Die Hinterachsenanordnung 40 umfasst weiterhin einen hypoiden Teller- und Kegelradsatz 48 für den Antrieb einer Differentialgetriebeanordnung 50. Eine Trennungseinrichtung 52 trennt die zweite Hinterachsenwelle 46 wahlweise von dem Teller- und Kegelradsatz 48 und der Differentialgetriebeanordnung 50.
Der Untersetzungszahnradsatz 30 der Kraftübertragungseinheit 20 umfasst ein Antriebszahnrad 56, das für eine Drehung mit einer Ausgangswelle des Getriebes 18 fixiert ist. Ein angetriebenes Zahnrad 58 greift konstant in das Antriebszahnrad 56 ein und ist für eine Drehung mit dem Träger 60 der Differentialgetriebeanordnung 32 fixiert. Die Differentialgetriebeanordnung 32 umfasst ein erstes Seitenzahnrad 62, das für eine Drehung mit der ersten Achsenwelle 26 fixiert ist, und ein zweites Seitenzahnrad 64, das für eine Drehung mit der zweiten Achsenwelle 28 fixiert ist. Die Seitenzahnräder 62, 64 greifen jeweils in Kegelräder 66, 68 ein.
Die Kraftübertragungseinheit 20 umfasst weiterhin eine Eingangswelle 76, die für eine Drehung in einem Gehäuse gehalten wird. Ein Antriebszahnrad 78 wird für eine Drehung auf der Eingangswelle 76 gehalten. Ein angetriebenes Zahnrad 80 greift in das Antriebszahnrad 78 ein und ist für eine Drehung mit dem Tellerrad 82 der Winkelgetriebeanordnung 36 fixiert. Das angetriebene Zahnrad 80 und das Ringzahnrad 82 sind für eine Drehung mit einer Gegenwelle 84 fixiert. Die Synchronisierungskupplung 34 verbindet die Eingangswelle 76 wahlweise mit dem Antriebszahnrad 78. Die Synchronisierungskupplung 34 umfasst eine Nabe 86, die für eine Drehung mit der Eingangswelle 76 fixiert ist. Eine axial bewegliche Muffe 88 ist mit der Nabe 86 verkeilt. Eine zweite Nabe 90 ist für eine Drehung mit dem Antriebszahnrad 78 fixiert und umfasst eine Außenkeil 92. Die Synchronisierungskupplung 34 umfasst weiterhin einen Blockierungsring 94, der zwischen der Nabe 86 und der zweiten Nabe 90 angeordnet ist. Der Blockierungsring 94 stellt sicher, dass die Drehgeschwindigkeit der Eingangswelle 76 im wesentlichen gleich derjenigen des Antriebszahnrads 78 ist, bevor eine Antriebsverbindung zwischen der Nabe 86 und der zweiten Nabe 88 über die Muffe 88 gestattet wird. Es ist zu beachten, dass in einem alternativen Synchronisierer (nicht gezeigt) unter Umständen kein Blockierungsring erforderlich ist.
Ein Synchronisiererkupplungs-Betätigungsmechanismus 96 umfasst eine Schaltgabel 98, die gleitend in einer Vertiefung 100 in der Muffe 88 positioniert ist. Ein Stellglied 102 kann betrieben werden, um die Gabel 98 und die Muffe 88 von einer ersten Position, an der die Muffe 88 von dem Keil 92 gelöst ist, zu einer zweiten Position zu bewegen, an der die Muffe 88 gleichzeitig in die Nabe 86 und die zweite Nabe 90 eingreift.
Die Winkelgetriebeanordnung 36 umfasst ein Tellerrad 82 und ein in das Tellerrad 82 eingreifendes Kegelrad 108. Das Kegelrad 108 kann einstückig mit einer Kegelradwelle 110 ausgebildet sein. Die Kegelradwelle 110 ist über einen Flansch 112 für eine Drehung mit der Antriebswelle 38 fixiert. Die Synchronisierungskupplung 34 kann in einen aktivierten Modus versetzt werden, wenn ein Drehmoment zwischen der Eingangswelle 76 und dem Antriebszahnrad 78 übertragen wird. Die Synchronisierungskupplung 34 kann auch in einem deaktivierten Modus betrieben werden, wenn kein Drehmoment zu dem hinteren Antriebsstrang 14 übertragen wird. Die Kraft von dem Motor 16 wird nicht zu dem Winkelgetriebe 36 übertragen, wenn die Synchronisierungskupplung 34 in dem deaktivierten Modus ist.
Die Reibungskupplung 39 ist als eine Reibungskupplung gezeigt, die mit einer Hinterachsenanordnung 113 gekoppelt ist. Die Hinterachsenanordnung 113 umfasst eine Differentialgetriebeanordnung 50, eine Hinterachsenwelle 44, eine Hinterachsenwelle 46 und eine Trennungseinrichtung 52. Das Differential 50 umfasst ein Trägergehäuse 114, das für eine Drehung mit einem Tellerrad 115 des Teller- und Kegelradsatzes 48 fixiert ist. Die Differentialgetriebeanordnung 50 umfasst weiterhin ein erstes und ein zweites Seitenzahnrad 116, 117, die für eine Drehung mit den Hinterachsenwellen 44, 46 fixiert sind. Ein Paar von Kegelrädern 118 sind in dem Trägergehäuse 114 positioniert und greifen konstant in die Seitenzahnräder 116, 117 ein. Die Reibungskupplung 39 umfasst eine Trommel 120, die für eine Drehung mit der Antriebswelle 38 fixiert ist. Eine Nabe 122 ist für eine Drehung mit einer Kegelradwelle 124 fixiert. Ein Kegelrad 126 des Teller- und Kegelradsatzes 48 kann einstückig mit der Kegelradwelle 124 ausgebildet sein. Äußere Kupplungsplatten 128 sind für eine Drehung mit der Trommel 120 verkeilt. Eine Vielzahl von inneren Kupplungsplatten 130 sind für eine Drehung mit der Nabe 122 verkeilt und mit den äußeren Kupplungsplatten 128 verschränkt. Ein Stellglied 134 kann betrieben werden, um eine Kupplungsbetätigungskraft auf die Kupplungsplatten 128, 130 auszuüben und ein Drehmoment über die Reibungskupplung 39 zu übertragen. In einem Beispiel kann ein axial beweglicher Kolben ein unter Druck stehendes Fluid empfangen, um die Betätigungskraft vorzusehen. Alternativ hierzu kann ein Elektromotor mit einem Kraftübersetzungsmechanismus zusammenwirken. In einer weiteren Ausführungsform, die weiter unten näher beschrieben wird, kann die Reibungskupplung auf der Basis eines Radschlupfs oder einer Differenz in der Drehgeschwindigkeit über die Reibungskupplung betätigt werden.
Die Trennungseinrichtung 52 ist in 1 und 3 als eine Klauenkupplung gezeigt. Die Trennungseinrichtung 52 enthält eine erste Nabe 140, die für eine Drehung mit einer Welle 142 fixiert ist, die antreibend in ein Seitenzahnrad 144 der Differentialgetriebeanordnung 50 eingreift. Ein Außenkeil 146 ist an der ersten Nabe 140 ausgebildet. Eine axial verschiebbare Muffe 148 ist mit der ersten Nabe 140 verkeilt. Eine zweite Nabe 150 ist für eine Drehung mit der Hinterachsennabe 46 fixiert. Ein Keil 152 ist auf einem Außenumfang der zweiten Nabe 150 ausgebildet.
Ein Klauenkupplungs-Betätigungssystem 156 umfasst eine Gabel 158, die gleitbar in einer Rille 160 in der Muffe 148 angeordnet ist. Ein Stellglied 162 kann betrieben werden, um die Gabel 158 und die Muffe 148 zwischen einer ersten Position, an der die Muffe 148 nur in die erste Nabe 140 eingreift, und einer zweiten Position, an der die Muffe 148 gleichzeitig in die Keile 146 und 152 eingreift, um die Welle 142 antreibend mit der Hinterachsenwelle 46 zu verbinden, zu versetzen.
3A zeigt einen alternativen hinteren Antriebsstrang 14A und eine Hinterachsenanordnung 40A. Die Hinterachsenanordnung 40A ist der zuvor beschriebenen Hinterachsenanordnung 40 im wesentlichen ähnlich. Deshalb werden einander entsprechende Elemente durch gleiche Bezugszeichen angegeben. Die Hinterachsenanordnung 40A umfasst eine weitere Trennungseinrichtung 52A. Die Elemente der Trennungseinrichtung 52A werden durch gleiche, um das Suffix A erweiterte Bezugszeichen angegeben wie die Komponenten der Trennungseinrichtung 52. Die Trennungseinrichtung 52A kann die Hinterachsenwelle 44 wahlweise mit einem für eine Drehung mit dem Seitenrad 116 fixierten Achsenteil 142A verbinden oder von diesem trennen. Während des Betriebs können der Teller- und Kegelradsatz 48 und die Differentialgetriebeanordnung 50 vollständig von der Hinterachsenwelle 44 und der Hinterachsenwelle 46 getrennt werden. Dementsprechend drehen sich auch die internen Komponenten der Differentialgetriebeanordnung 50 nicht, wenn eine Eingabe von den Hinterrädern 42 erfolgt. Um zu dem Vierrad-Antriebsmodus zurückzukehren, wird das Stellglied 162A im wesentlichen gleichzeitig wie das Stellglied 162 gesteuert, um die Welle 142A und die Hinterachsenwelle 44 in gleicher Weise wie die Welle 142 und die Hinterachsenwelle 46 erneut zu verbinden.
4 und 5 zeigen eine alternative Antriebseinheit 10'. Die Antriebseinheit 10' ist der Antriebseinheit 10 im wesentlichen ähnlich. Deshalb werden einander entsprechende Elemente durch gleiche, mit einem Apostroph ergänzte Bezugszeichen angegeben. Die Antriebseinheit 10' umfasst eine Kraftübertragungseinheit 20', die sich von der Kraftübertragungseinheit 20 dadurch unterscheidet, dass es sich um eine einachsige Getriebeeinrichtung handelt, die keine Gegenwelle 84 enthält. Die Kraftübertragungseinheit 20' umfasst eine konzentrische Welle 166 mit einem daran fixierten Tellerrad 82'. Das Tellerrad 82' greift in das Kegelrad 108' ein, um die Antriebswelle 38' anzutreiben.
4 und 5 zeigen auch, dass die Trennungseinrichtung 52 alternativ hierzu auch als eine Rollenkupplung 52' ausgebildet sein kann. Der in 1 und 4 gezeigte Antriebsstrang kann eine Klauenkupplung, eine Rollenkupplung oder eine andere Kraftübertragungseinrichtung sein, die betrieben werden kann, um wahlweise ein Drehmoment zwischen Drehwellen zu übertragen oder die Drehmomentübertragung zu unterbrechen. In dem gezeigten Beispiel umfasst die Rollenkupplung 52' ein Innenglied 170, das für eine Drehung mit der Hinterachsenwelle 46' fixiert ist, und ein Außenglied 172, das für eine Drehung mit der Welle 142' fixiert ist. Das Innenglied 170 umfasst eine Oberfläche 174, die eine Vielzahl von kurvenförmigen Vertiefungen aufweist. In jeder Vertiefung ist eine Rolle 176 aufgenommen. Ein Spaltring 178 ist zwischen den Rollen 176 und dem Außenglied 172 angeordnet. Der Spaltring 178 umfasst ebenfalls eine Vielzahl von kurvenförmigen Vertiefungen, die den Vertiefungen des Innenglieds 170 zugewandt sind und die Rollen 176 aufnehmen. Ein Steuerarm 180 wirkt mit dem Spaltring 178 zusammen, um eine relativ Drehung zwischen dem Innenglied 170 und dem Spaltring 178 zu gestatten. Wenn eine relative Drehung gestattet wird, werden die Rollen 176 radial nach außen gedrückt, um den Spaltring 178 in einen Eingriff mit dem Außenglied 172 zu erweitern, sodass ein Drehmoment über die Rollenkupplung 52' übertragen wird. Wenn eine relative Drehung zwischen dem Innenglied 170 und dem Spaltring 178 unterbunden wird, werden die Rollen 176 nicht verschoben und nicht zwischen dem Spaltring 178 und dem Innenglied 170 eingekeilt, sodass kein Drehmoment über die Trenneinrichtung 52' übertragen wird. Ein Stellglied 182 kann den Steuerarm 180 für eine Betätigung der Trennungseinrichtung 52' bewegen.
Während des Fahrzeugbetriebs kann es vorteilhaft sein, wenn die mit dem antreibenden Teller- und Kegelradsatz 48 und mit der Winkelgetriebeanordnung 36 assoziierten Panschverluste reduziert werden. Wie in 1 gezeigt, kommuniziert eine Steuereinrichtung 190 mit einer Vielzahl von Fahrzeugsensoren 192, die Daten zu Parametern wie etwa der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Vierrad-Antriebsmodus, dem Radschlupf, der Fahrzeugbeschleunigung usw. bereitstellen. Ein Sensor 192 kann an einer Position in der Nähe des Teller- und Kegelradsatzes 48 angeordnet sein, um ein die Drehgeschwindigkeit des Teller- und Kegelradsatzes angebendes Signal vorzusehen. Die Steuereinrichtung 190 kann zu einem entsprechenden Zeitpunkt ein Signal zu dem Steuerstellglied 96 ausgeben und eine Synchronisierungskupplung 34 in den deaktivierten Modus versetzen, in dem kein Drehmoment von dem Motor 16 zu dem hinteren Antriebstrang 14 übertragen wird. Die Steuereinrichtung 190 kann auch das mit der Trennungseinrichtung 52 assoziierte Stellglied 162 anweisen, die Gabel 158 zu einer Position zu versetzen, an der die Drehmomentübertragung über die Trennungseinrichtung 52 unterbrochen wird, sodass die mit einem der sich drehenden Hinterräder 42 assoziierte Energie nicht auf den Teller- und Kegelradsatz 48 oder die Differentialgetriebeanordnung 50 übertragen wird. Dementsprechend werden die Hypoidzahnradsätze 36, 48 nicht durch die Differentialgetriebeanordnung 32 angetrieben. Und weil die Drehung des Seitenzahnrads 144 nicht eingeschränkt wird, verursacht ein durch die Hinterachsenwelle 44 vorgesehenes Eingangsdrehmoment nur eine Drehung der inneren Zahnräder innerhalb der Differentialgetriebeanordnung 50. Der Teller- und Kegelradsatz 48 wird nicht angetrieben. Es ist zu beachten, dass die Reibungskopplung 39 in einem offenen Modus oder einem Drehmomentübertragungsmodus betrieben wird, wenn die Synchronisierungskopplung 34 und die Trennungseinrichtung 52 kein Drehmoment übertragen, weil sich der hintere Antriebsstrang 14 zu diesem Zeitpunkt nicht dreht.
Wenn die Steuereinrichtung 190 bestimmt, dass ein Vierrad-Betriebsmodus eingeleitet wird, weist die Steuereinrichtung 190 das Stellglied 102 an, die Muffe 88 zu der Nabe 90 zu verschieben. Während dieses Vorgangs tritt eine Geschwindigkeitssynchronisierung zwischen der Eingangswelle 76 und dem Antriebszahnrad 78 auf. Sobald die Geschwindigkeiten einander entsprechen, verbindet die Muffe 88 die Nabe 86 antreibend mit der zweiten Nabe 90. Zu diesem Zeitpunkt wird auch die Winkelgetriebeanordnung 36 durch den Motor 16 angetrieben. Sobald die vorderen Antriebsstrangkomponenten und die Winkelantriebskomponenten die Geschwindigkeit erreicht haben, gibt die Steuereinrichtung 190 ein Signal zu dem Stellglied 134 auf, um eine Geschwindigkeitssynchronisierung des Teller- und Kegelradsatzes 48 und der Differentialgetriebeanordnung 50 einzuleiten. Durch diese Abfolge der Vorgänge wird die Geschwindigkeit der Welle 142 in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeit der Hinterachsenwelle 46 gebracht. Zu diesem Zeitpunkt gibt die Steuereinrichtung 190 ein Signal an das Stellglied 162 aus, um die Trennungseinrichtung 52 in einen Drehmomentübertragungsmodus zu versetzen, indem sie die Muffe 148 axial verschiebt. Am Ende dieser Abfolge kann die Antriebseinheit 10 in einem Vierrad-Antriebsmodus betrieben werden. Es ist zu beachten, dass die zuvor beschriebene Prozedur auch ausgeführt werden kann, während das Fahrzeug fährt.
Es ist zu beachten, dass die Reibungskupplung 39 alternativ hierzu auch als eine passive Einrichtung konfiguriert sein kann, die ein Betätigungssystem aufweist, das in Reaktion auf ein Geschwindigkeitsdifferential zwischen der Antriebswelle 38 und der Kegelradwelle 124 betrieben werden kann. Insbesondere zeigt 4 eine Reibungskupplung 39' einschließlich einer Pumpe 202, die durch die Antriebswelle 38 betrieben wird, wenn ein Geschwindigkeitsdifferential zwischen der Antriebswelle 38' und der Kegelradwelle 124 existiert. Das unter Druck gesetzt Fluid von der Pumpe 202 wird zu einem Kolben 204 gegeben, um eine komprimierende Kraft auf die inneren Kupplungsplatten 130' und die äußeren Kupplungsplatten 128' auszuüben. In dieser Anordnung sieht eine Steuerung der Synchronisierungskupplung 34' auch eine Steuerung der Reibungskupplung 39' vor, weil eine Drehung der Antriebswelle 38' relativ zu der Kegelradwelle 124' veranlasst, dass ein unter Druck gesetztes Fluid eine Drehmomentübertragung über die Reibungskupplung 39' verursacht, um eine schnelle Geschwindigkeitssynchronisierung zwischen den Komponenten des vorderen Antriebsstrangs und des hinteren Antriebsstrangs zu veranlassen. Und weil die Reibungskupplung 39 oder 39' enthalten sind, kann die Synchronisierungskupplung 34 oder 34' relativ klein dimensioniert sein, da nur einige der Komponenten der Kraftübertragungseinrichtung 20 und der Antriebswelle 38 in ihrer Geschwindigkeit durch eine Betätigung der Synchronisierungskupplung 34 synchronisiert werden. Die relativ großen Drehmassen innerhalb der Hinterachsenanordnung 40 werden durch eine Betätigung der Reibungskopplung 39 beschleunigt.
Es wurden verschiedene Fahrzeug-Antriebseinheiten beschrieben, wobei die hier beschriebenen Konfigurationen lediglich beispielhaft aufzufassen sind. Die beschriebenen Komponenten können auch anders angeordnet werden, um anders aufgebaute Antriebseinheiten zu bilden, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.

Claims

Fahrzeug-Antriebseinheit zum Übertragen eines Drehmoments zu einem ersten und einem zweiten Satz von Rädern, wobei die Antriebseinheit umfasst: einen ersten Antriebsstrang, der ausgebildet ist, um ein Drehmoment zu dem ersten Satz von Rädern zu übertragen, und eine Synchronisierungskupplung enthält, einen zweiten Antriebsstrang, der ausgebildet ist, um ein Drehmoment zu dem zweiten Satz von Rädern zu übertragen, wobei der zweite Antriebsstrang eine Krafttrennungseinrichtung und eine Reibungskupplung enthält, und einen Hypoidzahnradsatz, der in dem zweiten Antriebsstrang in einem Kraftpfad zwischen der Synchronisierungskupplung und der Krafttrennungseinrichtung angeordnet ist, wobei die Reibungskupplung und die Krafttrennungseinrichtung auf gegenüberliegenden Seiten des Hypoidzahnradsatzes angeordnet sind, wobei der Hypoidzahnradsatz wahlweise von einem Antrieb durch den ersten Antriebsstrang, den zweiten Antriebsstrang oder die Räder getrennt wird, wenn die Synchronisierungskupplung und die Krafttrennungseinrichtung in getrennten, kein Drehmoment übertragenden Modi betrieben werden.
Fahrzeug-Antriebseinheit nach Anspruch 1, wobei die Synchronisierungskupplung in einer Kraftübertragungseinheit angeordnet ist und eine axial bewegliche Muffe für eine Unterbrechung des Kraftflusses zu dem zweiten Antriebsstrang enthält.
Fahrzeug-Antriebseinheit nach Anspruch 2, wobei der erste Antriebsstrang einen Differentialzahnradsatz mit einem mit der Synchronisierungskupplung gekoppelten Ausgang enthält.
Fahrzeug-Antriebseinheit nach Anspruch 3, wobei der erste Antriebsstrang einen weiteren Hypoidzahnradsatz enthält, der in dem Kraftpfad zwischen der Synchronisierungskupplung und der Krafttrennungseinrichtung angeordnet ist.
Fahrzeug-Antriebseinheit nach Anspruch 4, wobei die Krafttrennungseinrichtung wahlweise separate Teile einer Achsenwelle verbindet, die für den Antrieb eines Rads aus dem zweiten Satz von Rädern ausgebildet ist.
Fahrzeug-Antriebseinheit nach Anspruch 1, die zwischen einem Zweirad-Antriebsmodus und einem Vierrad-Antriebsmodus wechseln kann, indem das Drehmoment zuerst über die Synchronisierungskupplung, dann über die Reibungskupplung und schließlich über die Krafttrennungseinrichtung übertragen wird.
Fahrzeug-Antriebseinheit nach Anspruch 1, die weiterhin eine Pumpe zum Zuführen eines unter Druck stehenden Fluids zu Kolben, der eine Betätigungskraft auf die Reibungskupplung ausübt, umfasst.
Fahrzeug-Antriebseinheit nach Anspruch 7, wobei die Pumpe auf der Basis eines Geschwindigkeitsdifferentials über die Reibungskupplung betrieben wird.
Fahrzeug-Antriebseinheit zum Übertragen eines Drehmoments von einer Kraftquelle zu einem ersten und einem zweiten Satz von Rädern, wobei die Antriebseinheit umfasst: einen ersten Antriebsstrang, der ausgebildet ist, um ein Drehmoment von der Kraftquelle zu dem ersten Satz von Rädern zu übertragen, und ein Differential und eine Kraftübertragungseinheit enthält, wobei die Kraftübertragungseinheit einen ersten Hypoidzahnradsatz und einen Synchronisierer umfasst, wobei der Synchronisierer zwischen dem Differential und dem ersten Hypoidzahnradsatz angeordnet ist, um wahlweise ein Drehmoment von der Kraftquelle zu dem ersten Hypoidzahnradsatz zu übertragen oder die Drehmomentübertragung zu unterbrechen, und einen zweiten Antriebsstrang, der ein Drehmoment von dem ersten Hypoidzahnradsatz empfängt, wobei der zweite Antriebstrang das Drehmoment zu dem zweiten Satz von Rädern überträgt und eine Krafttrennungseinrichtung enthält, die wahlweise die Drehmomentübertragung von dem zweiten Satz von Rädern zu dem ersten Hypoidzahnradsatz unterbricht, wobei der zweite Antriebsstrang auch eine Reibungskupplung zum Übertragen eines Drehmoments zwischen dem ersten Hypoidzahnradsatz und einem mit dem zweiten Antriebsstrang assoziierten zweiten Hypoidzahnradsatz enthält.
Fahrzeug-Antriebseinheit nach Anspruch 9, wobei die Kraftübertragungseinheit ein Antriebszahnrad enthält, das auf einer Eingangswelle gehalten wird, und der Synchronisierer eine Kupplung enthält, die eine erste Nabe, die für eine Drehung mit der Eingangswelle fixiert ist, eine zweite Nabe, die für eine Drehung mit dem Antriebszahnrad fixiert ist, und eine Muffe, die axial verschoben werden kann, um in die erste und/oder die zweite Nabe einzugreifen, aufweist.
Fahrzeug-Antriebseinheit nach Anspruch 10, wobei die Kraftübertragungseinheit ein angetriebenes Zahnrad und ein Tellerrad des Hypoidzahnradsatzes, das für eine Drehung mit einer Gegenwelle fixiert ist, umfasst, wobei das angetriebene Zahnrad in das Antriebszahnrad eingreift.
Fahrzeug-Antriebseinheit nach Anspruch 9, die weiterhin eine Pumpe umfasst, die ein unter Druck stehendes Fluid zu einem Kolben zuführt, der eine Betätigungskraft auf die Reibungskupplung ausübt.
Fahrzeug-Antriebseinheit nach Anspruch 12, wobei die Pumpe auf der Basis eines Geschwindigkeitsdifferentials über die Reibungskupplung betrieben wird.
Fahrzeug-Antriebseinheit nach Anspruch 9, wobei der zweite Antriebsstrang eine hintere Antriebsachse umfasst, die den zweiten Hypoidzahnradsatz, eine Differentialgetriebeanordnung, Hinterachsenwellen und die Krafttrennungseinrichtung enthält, wobei die Differentialgetriebeanordnung einen Träger umfasst, der ein Paar von Kegelrädern enthält, die in ein Paar von Seitenzahnrädern eingreifen, wobei die Krafttrennungseinrichtung zwischen Teilen einer der Hinterachsenwellen angeordnet ist.
Fahrzeug-Antriebseinheit nach Anspruch 9, wobei von einem Zweirad-Antrieb zu einem Vierrad-Antrieb gewechselt werden kann, indem ein Drehmoment zuerst über die Synchronisierungskupplung, dann über die Reibungskupplung und schließlich über die Krafttrennungseinrichtung übertragen wird.
Verfahren zum Übertragen eines Drehmoments von einer Kraftquelle zu einem ersten und einem zweiten Paar von Rädern in einer Fahrzeug-Antriebseinheit, wobei das Verfahren umfasst: Übertragen eines Drehmoments von der Kraftquelle zu dem ersten Paar von Rädern über eine erste Getriebeeinrichtung, Betätigen einer Synchronisierungskupplung in der ersten Getriebeeinrichtung, um ein Drehmoment zu einem das erste und das zweite Paar von Rädern miteinander verbindenden Antriebsstrang zu übertragen, anschließendes Betätigen einer Reibungskupplung, um ein Drehmoment von dem Antriebsstrang zu einer hintere Antriebsachse zu übertragen, um eine Drehung eines Zahnradsatzes in der hinteren Antriebsachse einzuleiten, und Betätigen einer Trennungseinrichtung, um eine mit einem Rad aus dem zweiten Satz von Rädern gekoppelte Welle mit einem drehbaren Glied der hinteren Antriebsachse zu verbinden, sobald eine Geschwindigkeitssynchronisiserung zwischen den durch die Trennungseinrichtung gekoppelten Komponenten erzielt wurde.
Verfahren nach Anspruch 16, das weiterhin das Betätigen der Reibungskupplung auf der Basis eines Geschwindigkeitsdifferentials zwischen den durch die Reibungskupplung miteinander verbundenen Komponenten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, das weiterhin das Betreiben einer Pumpe und das Zuführen eines unter Druck stehenden Fluids zu einem Kolben, der auf miteinander verschränkte Platten in der Reibungskupplung wirkt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Synchronisierungskupplung ein Eingangsdrehmoment von einem Differential empfängt, das in der ersten Getriebeeinrichtung angeordnet ist, und ein Drehmoment zu einem Hypoidzahnradsatz ausgibt, der in dem Antriebsstrang zwischen der Synchronisierungskupplung und der Reibungskupplung angeordnet ist.