DE19756239A1 - Vorgelege für Vierradantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein ein Vorgelege für Vier­ radantrieb, und insbesondere ein Vorgelege mit einem Kraftsensor mit zugehöriger Elektronik, um die Reaktionskraft an einer Vor­ gelege-Ausgangswelle zu messen, um eine Anzeige des an die Welle angelegten Drehmomentes zu erhalten. Der Lastsensor und die zugehörige Elektronik erzeugen ein Ausgangssignal, das abhängig von der Größe der Ausgangswelle variiert. Das Ausgangssignal wird von einem Vorgelege-Steuersystem verwendet, um die Größe des auf die Ausgangswelle übertragenen Drehmomentes zu variie­ ren.

Vorgelege sind bekannte Einrichtungen, um Lastwagen, Personen­ kraftwagen oder andere Fahrzeuge mit einem Vierradantrieb aus­ zustatten. Diese Vorgelege haben ein Gehäuse, in welchem eine Eingangswelle drehbar gelagert ist zur Aufnahme eines Dreh­ moments vom Hauptgetriebe des Fahrzeuges, ferner vordere und hintere Ausgangswellen zum Übertragen eines Drehmomentes von der Eingangswelle auf die Vorderräder und Hinterräder des Fahrzeu­ ges. Das Vorgelege kann mit einer vom Fahrer betätigbaren Schal­ tung versehen sein, um das Vorgelege zwischen Zweiradantrieb und Vierradantrieb umzuschalten, wie es die Fahrbedingungen erfor­ dern. Aufwendigere Vorgelege, zum Beispiel solche, die bei Be­ darf schaltet, haben automatische Schaltungen zum Umschalten des Vorgeleges zwischen Vierradantrieb und Zweiradantrieb aufgrund unterschiedlicher Fahrbedingungen. Die Vorgelege und die Schalt­ systeme haben komplexe elektronische Meßsysteme zum Überwachen des Fahrzeuges und der Radgeschwindigkeiten sowie anderer Para­ meter, so daß das Vorgelege automatisch zwischen Vierradantrieb und Zweiradantrieb abhängig von den gemessenen Fahrzeugzuständen umschalten kann. Vorgelege für ständigen Vierradantrieb können ein Zwischenachsen-Differential zwischen den Vorderrädern und den Hinterrädern des Fahrzeuges aufweisen.

Anders als bei Teilzeit-Vierradantriebssystemen ermöglicht es ein Vorgelege für ständigen Vierradantrieb mit einem Zwischen­ achsen-Differential, die Vorderräder und die Hinterräder mit unterschiedlichen Drehzahlen bei konstanter Drehzahl-Splitting anzutreiben, was bei normalem Betrieb auftreten kann, wenn bei­ spielsweise das Fahrzeug gewendet wird oder die Vorderräder und die Hinterräder unterschiedliche Reifendurchmesser haben. Um jedoch übermäßigen Schlupf oder einen Unterschied zwischen Vor­ derrädern und Hinterrädern zu verhindern, der auftreten kann, wenn eine Gruppe der Räder auf Verhältnisse mit niedriger Trak­ tion trifft, wie zum Beispiel Eis, haben diese Vorgelege typis­ cherweise eine selektiv einrückbare Kupplung, welche das Zwis­ chenachsen-Differential sperrt, wenn eine vorgegebene Größe des Schlupfes gemessen wird. Eine Sperrung des Zwischenachsendif­ ferentials verhindert jeden relativen Schlupf oder Unterschied zwischen der vorderen Ausgangswelle und der hinteren Aus­ gangswelle des Vorgeleges. Die Vorgelege für ständigen Vier­ radantrieb können Systeme aufweisen zum Steuern der Kupplung in aufwendiger Weise, um schnell die Drehzahl der Fahrzeugräder zu regulieren durch Veränderung des auf die vorderen und hinteren Räder des Fahrzeugs übertragenen Drehmomentes, und um die Hand­ habung des Fahrzeuges beim Wenden oder anderen Manövern zu vari­ ieren. Bekannte Systeme für ständigen Vierradantrieb benötigen elektronische Drehzahlsensoren an den Rädern oder anderswo, um die Winkelgeschwindigkeit jedes Rades oder jeder Ausgangswelle zu messen, so daß die Veränderung in der Winkelgeschwindigkeit zwischen Vorderrädern und Hinterrädern überwacht werden kann, wobei eine exzessive Änderung der Drehzahl ein Anzeigen für eine niedrige Traktion bei dem schneller drehenden Rad ist.

Allgemein erhält bei einem Vorgelege mit Vierradantrieb die Eingangswelle das Drehmoment direkt vom Hauptgetriebe des Fahr­ zeugs. Die Eingangswelle ist mit einer hinteren Ausgangswelle des Vorgeleges verbunden, so daß die hintere Ausgangswelle das Drehmoment direkt von der Eingangswelle erhält. Alternativ kann die Eingangswelle in Form einer langen Welle ausgeführt sein, die sich durch das Vorgelege erstreckt, und somit als Eingangs- und Ausgangswelle wirkt. Die hintere Ausgangswelle erstreckt sich aus dem Vorgelegegehäuse heraus, so daß sie das Ein­ gangsmoment zum Differentialgetriebe der Hinterräder liefern kann.

Die vordere Antriebswelle eines Vierradantrieb-Vorgeleges ist versetzt zu und parallel zur hinteren Ausgangswelle. Die vordere Antriebswelle erstreckt sich vorne aus dem Vorgelegegehäuse heraus und ist mit einem Differential gekoppelt, das das Dreh­ moment für die vorderen Räder des Fahrzeuges liefert. Ein An­ triebs-Kettenrad ist drehbar um die hintere Ausgangswelle des Vorgeleges eingebaut und es ist eine Kupplung vorgesehen, um selektiv das Kettenrad mit der hinteren Antriebswelle zu kop­ peln, so daß das Kettenrad mit dieser rotiert. Die vordere Aus­ gangswelle hat ein Kettenrad, das ständig mit ihr verbunden ist und rotiert, und es ist eine Antriebskette oder ein Antriebsrie­ men oder dergleichen mit diesen beiden Kettenrädern verbunden, so daß zur vorderen Ausgangswelle des Vorgeleges Drehmoment übertragen werden kann jedesmal wenn die Vierradantriebskupplung betätigt wird. Wenn die Kupplung ausgerückt ist, hat man somit einen Zweiradantrieb (Drehmoment wird nur auf die Hinterräder des Fahrzeuges übertragen), und es ist ein Vierradantrieb vor­ gesehen (Drehmoment wird auf alle vier Fahrzeugräder übertra­ gen), wenn die Kupplung eingerückt ist. Alternativ zu der An­ triebskette oder dem Antriebsriemen können auch eine oder meh­ rere Zahnräder für die Übertragung des Drehmomentes auf die vordere Ausgangswelle vorgesehen werden.

Es besteht neuerdings eine zunehmende Nachfrage nach Autos und Lastwagen mit Vierradantriebssystemen wie die oben beschriebe­ nen. Das kaufende Publikum verlangt ferner zunehmend komplexe Vorgelege mit bestem Betriebsverhalten und Standzeit ohne teuer zu sein. Bekannte Vorgelege verlassen sich auf Drehzahlsensoren zur Lieferung von Daten an das Vorgelege-Steuersystem, um die Aufteilung des Drehmomentes zwischen der vorderen und der hinte­ ren Ausgangswelle zu steuern. Solche Vorgelege haben keine Dreh­ momentsensoren, die mit einem Drehmoment-Überwachungs- und Steu­ ersystem verbunden sind zum Überwachen der radialen Lagerbelas­ tung an den Lagern der vorderen oder hinteren Ausgangswelle des Vorgeleges und Umwandlung der Größe der gemessenen Lagerbela­ stung in ein hierauf bezogenes Drehmoment, das vom Steuersystem verwendet werden kann, um das auf die überwachte Welle übertra­ gene Drehmoment zu steuern. Ferner kann das Drehmoment-Überwa­ chungs- und Steuersystem verwendet werden, um das Drehmoment zu begrenzen, das auf die relevante Welle übertragen wird, wenn die gemessene Lagerbelastung sich einem vorgegebenen Schwellwert nä­ hert, um eine Überlastung der Welle und der zugehörigen Kompo­ nenten zu verhindern.

Die Erfindung betrifft somit ein Vorgelege mit einem Vor­ gelegegehäuse, einer Eingangswelle, einer vorderen Ausgangswelle und einer hinteren Ausgangswelle. Jede Welle ist drehbar relativ zum Gehäuse gelagert und die vordere und die hintere Aus­ gangswelle erhalten Drehmoment von der Eingangswelle. Das das Drehmoment messende Vorgelege hat ferner einen Drehmoment-Meß­ sensor in Verbindung mit einer Komponente des Antriebssystems, auf das Drehmoment übertragen wird, wie zum Beispiel ein Lager an einer oder mehrere der Wellen des Vorgeleges, der Antriebs­ kette oder einem ähnlichen Element, das Drehmoment zwischen den Wellen überträgt, oder Zahnrädern zur Übertragung von Drehmoment zwischen den Wellen des Vorgeleges. Im Falle der Lager kann der Drehmomentsensor benützt werden, um die radiale Belastung zu messen, welche auf die Lageranordnung der Welle ausgeübt wird aufgrund des auf die Welle übertragenen Drehmomentes, das pro­ portional zum Drehmoment auf der Welle ist. Bei Benützung der Antriebskette, Zahnrädern oder anderen Komponenten, kann die Reaktionskraft auf die Komponente gemessen werden als Bezug auf das auf die Komponente und letztlich auf eine Welle des Vor­ geleges übertragene Drehmoment.

Die Erfindung schafft die Möglichkeit, die Kräfte zu überwachen, die auf eine oder mehrere Komponenten des Vorgeleges übertragen werden und als Anzeige des Drehmomentes zu benutzen, um die Größe des auf die Welle des Vorgeleges übertragenen Drehmomentes zu steuern. Das übertragene Drehmoment kann verändert werden, um die Handhabungs-Charakteristiken des Fahrzeuges zu variieren und/oder eine Drehmomentüberlastung des Vorgeleges oder seiner Komponenten zu verhindern.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfol­ gend an Hand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Draufsicht eines Vor­ geleges nach der Erfindung zeigt;

Fig. 2 vergrößert den Teil A des Vorgeleges nach Fig. 1 zeigt;

Fig. 3 im Schnitt ein Vorgelege nach einer weiteren Ausfüh­ rungsform der Erfindung zeigt; und

Fig. 4 schematisch ein Drehmomentüberwachungs- und Kontroll­ system nach der Erfindung zeigt.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Vorgelege mit Fahrzeugdreh­ momentmessung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung, die allgemein mit 10 bezeichnet ist und eine Eingangswelle 20, eine hintere Ausgangswelle 22 und eine vordere Ausgangswelle 24 hat, die alle relativ zum Vorgelegegehäuse 12 drehbar mittels Lagern 26 gelagert sind, wobei weitere Lager dargestellt, aber nicht bezeichnet sind. Die Eingangswelle 20 ist gewöhnlich mit einem Fahrzeuggetriebe gekoppelt und überträgt Drehmoment vom Fahrzeuggetriebe zu der hinteren Ausgangswelle 22 entweder durch eine direkte Kupplung (Übersetzung 1 : 1 zwischen den Wellen 20, 22) oder über ein Planetengetriebe 30 (Übersetzung X : 1 zwischen den Wellen 20, 22, wobei X < 1 ist) abhängig von der axialen Position einer Keilwellenmuffe 32, die durch eine Betätigungs­ einrichtung 34 gesteuert wird aufgrund von Befehlen vom Fahrer des Fahrzeuges. Drehmoment, das auf die hintere Ausgangswelle 22 übertragen wird, wird schließlich auf ein Joch 27 übertragen, mit dem eine Fahrzeugantriebswelle gekoppelt sein kann, um Dreh­ moment auf ein Differential und auf die hinteren Räder des Fahr­ zeuges zu übertragen.

Das Vorgelege 10 hat ein Kettenrad 40, das drehbar auf der Welle 22 montiert ist, sowie eine Kupplung 42, um selektiv das Ketten­ rad 40 mit der Welle 22 in bekannter Weise zu kuppeln. Für die Kupplung ist eine Betätigungseinrichtung 44 vorgesehen, die mechanisch, elektromechanisch, hydraulisch, vakuumbetätigt oder in anderer geeigneter Weise betätigt werden kann, um selektiv die Kupplung 42 einzurücken, teilweise einzurücken, oder aus­ zurücken. Wenn die Kupplung 42 wenigstens teilweise eingerückt ist, wird Drehmoment von der Welle 22 über die Kupplung 42 über­ tragen, um das Kettenrad 40 sowie ein Antriebsteil 46 anzutrei­ ben, welches eine Kette (wie dargestellt), ein Riemen, eines oder mehrere Zahnräder oder ein anderes geeignetes Antriebsmit­ tel sein kann. Das Antriebselement 46 überträgt seinerseits Drehmoment auf die vordere Ausgangswelle 24 über das Kettenrad 48, das zur Drehung mit der Welle 24 gekoppelt ist. Auf das Kettenrad 48 und die Antriebskette oder das Element 46 wird eine Kraft übertragen, um die Welle 24 in Drehung zu versetzen. Somit wird Drehmoment von der Welle 24 auf das Joch 47 übertragen, wo eine Fahrzeugantriebswelle angekoppelt sein kann zur Übertragung des Drehmomentes beispielsweise auf ein vorderes Differential zur Verteilung auf die vorderen Räder des Fahrzeuges.

Die Übertragung von Drehmoment auf die Welle 24 über das An­ triebselement 46 führt zu einer Reaktionskraft auf die Welle 24, was eine Ablenkung der Welle 24 relativ zum Gehäuse 12 bewirkt, wobei die Größe der Reaktionskraft und die resultierende Ablen­ kung bei großen Drehmomenten größer sind. Beispielsweise führt die Übertragung eines Drehmomentes auf die Welle 24 über das Antriebselement 46 (das hier eine Kette ist) hauptsächlich zu einer Ablenkung der Welle 24 zur Welle 22 hin. Die Verwendung von einem oder mehr Zahnrädern in einer Ebene mit dem Antrieb­ selement 46 führt primär zu der Ablenkung der Welle 24 in einer Ebene senkrecht zur Ebene, in der die Wellen 22, 24 liegen. Wenn andererseits ein versetztes Leerlaufrad verwendet wird, um Dreh­ moment von der Welle 22 auf die Welle 24 zu übertragen, würde die hauptsächliche Ablenkung in einer Ebene senkrecht zur Achse des Leerlaufrades und der Achse der Welle 24 liegen, wie noch beschrieben wird.

In der ersten Ausführungsform mißt das Vorgelege 10 die Reak­ tionskraft oder die Ablenkung der Welle 24 unter Drehmomentbela­ stung und steuert die Größe des Drehmomentes, das auf die Welle 24 übertragen wird auf der Basis der gemessenen Ablenkung. Man erkennt, daß die Ablenkung der Welle 22 alternativ oder zusätz­ lich gemessen werden kann, wie hier beschrieben, und die Erfin­ dung ist nicht beschränkt auf die Leistung der Ablenkung der Welle 24. Zusätzlich können die Reaktionskräfte auf verschiedene andere Komponenten des Vorgeleges gemessen werden, um ein Maß für das Drehmoment zu erhalten. Ferner können das Vorgelege 10 und seine oben beschriebenen Komponenten variiert werden ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann das Vorgelege 10 ein Planeten-Zwischenachsen-Differential aufweisen, um das Drehmoment zwischen der Welle 22 und dem Kettenrad 24 aufzuteilen, und die Kupplung 42 kann benutzt werden, um selek­ tiv ein solches Zwischenachsen-Differential zu sperren, wie an sich bekannt.

Wie insbesondere der Teil A von Fig. 1 und seine Vergrößerung in Fig. 2 zeigt, wird in dieser Ausführungsform ein Kraftsensor verwendet, der allgemein mit 50 bezeichnet ist und der ein Sen­ sorgehäuse 52 hat. Das Sensorgehäuse kann fest mit dem Vorgele­ gegehäuse 12 mittels Schrauben oder dergleichen verbunden sein. Alternativ kann das Sensorgehäuse 52 integral mit dem Vorgelege­ gehäuse 12 ausgebildet sein. Außer durch die Lager 26 ist die Welle 24 drehbar mittels einer Lageranordnung 54 gelagert, die einen inneren Laufring 55, einen äußeren Laufring oder Käfig 56 und eine Mehrzahl von dazwischen angeordneten Wälzelementen 57 aufweist, und die in Eingriff mit den beiden Laufringen 55 und 56 stehen. Das Lager kann in einem Lagergehäuse 59 angeordnet sein. Wie dargestellt ist der innere Laufring 55 an der Außen­ fläche 25 der Welle 24 ausgebildet, man sieht jedoch, daß der innere Laufring auch durch ein separates Element gebildet werden kann, das auf dem Außendurchmesser der Welle 24 angeordnet ist. Auch kann der äußere Käfig 56 weggelassen werden, wobei das Lagergehäuse 59 den äußeren Laufring bilden kann.

In der bevorzugten Ausführungsform bildet das Lager 54 eine geeignete Stelle zur Überwachung der Reaktionskräfte, die auf die Welle 24 über das Antriebselement 46 aufgebracht werden, das zur Drehung mit der Welle 22 gekoppelt ist. Wie hier insbesonde­ re dargestellt ist, kann das Lager 54 in einem Lagergehäuse 59 angeordnet sein, das seinerseits wenigstens teilweise und vor­ zugsweise vollständig von dem Sensorgehäuse 52 umgeben ist. Ein Belastungsmeßgerät 60 ist zwischen dem Lagergehäuse 59 und dem Sensorgehäuse 52 eingebaut und elektrisch über eine Verbindung 62 mit dem Eingang eines Spannungsverstärkers 64 verbunden. Es sind verschiedene Arten von Belastungsmeßgeräten oder den Meßge­ räten bekannt, die als Teil des Kraftsensors 50 verwendet werden können, oder es kann auch eine andere Art von Sensor verwendet werden, um wirksam die Reaktionskraft zu messen, die über das Antriebselement aufgebracht wird, um eine Anzeige für das auf die Antriebswelle 24 angelegte Drehmoment zu erhalten. Die Ab­ lenkung der Welle 24, die durch die Reaktionskraft bewirkt wird, und demzufolge die des Lagers 24 aufgrund des aufgenommenen Drehmomentes bewirkt eine Veränderung des elektrischen Wider­ standes des Dehnungsmeßgerätes 60 am Eingang zum Verstärker 64. Man sieht, daß, wenn das Drehmoment in der Welle 24 zunimmt, auch die Größe der Ablenkung oder Verformung der Welle 24 und damit des Lagers 54 ebenfalls zunehmen, was zu einem anderen Meßwert der Kraft durch das Meßgerät 60 führt, die proportional zu dem an die Welle angelegten Drehmoment führt. In der bevor­ zugten Ausführungsform hat der Kraftsensor 50 ein Stützelement oder einen Träger 160, der zwischen dem Lagergehäuse 54 und dem Sensorgehäuse 52 angeordnet ist, und von dem ein Ende bei dem Meßgerät 60 positioniert ist. Das Stützelement 61 kann eine Mehrzahl von Rippen oder dergleichen haben, die zwischen dem Lagergehäuse 59 und dem Sensorgehäuse 52 abgestützt sind, so daß eine auf die Welle 24 und damit auf das Lagergehäuse 59 aus­ geübte Reaktionskraft durch das Dehnungsmeßgerät 60 gemessen wird, wie beschrieben. Das Stützelement 61 ist vorzugsweise so gestaltet, daß die Ablenkung der Welle 24 durch die über das Antriebselement oder die Kette 46 angelegte Reaktionskraft ver­ stärkt wird zum Messen durch das Meßgerät 60. Während das Ein­ gangssignal zum Verstärker 64 und dessen Ausgang viele unter­ schiedliche Größenbereiche haben können, wie gewünscht, wird vorgezogen, den Kraftsensor 50 so zu gestalten, daß das Span­ nungsausgangssignal vom Verstärker 64 eine Größe im Bereich von 0 bis 5 Volt Gleichspannung hat.

Der Verstärker 64 hat eine vorgegebene Spannungsverstärkung, so daß sein Eingangssignal verstärkt wird, und er hat einen Ausgang über einen elektrischen Anschluß 66 und ein Verbindungsstück 68, das mit einem anderen passenden Verbindungsstück gekoppelt wer­ den kann. Vorzugsweise ist das Verbindungsstück 68 wasserdicht ausgeführt und an ein Drehmomentüberwachungs- und Steuersystem 100 angeschlossen, wie schematisch in Fig. 4 gezeigt ist und nachfolgend erläutert wird. Wenn der Verstärker 64 einen Teil des Kraftsensors 50 bildet, muß er auch gegen Schmutz, Wasser, Öl und andere Fremdstoffe geschützt sein. Der Verstärker 64 ist deshalb vorzugsweise elektronisch mit dem Sensor 50 eingebettet (abgedichtet mit einer Schicht aus wasserdichtem Kunststoff oder einem ähnlichen Material). Das Verbindungsstück 68 kann außerdem als elektrischer Anschluß für den Kraftsensor 50 dienen.

Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung mit einem Vorgelege 80, das auf verschiedene Weise ausgebildet sein kann und viele ähnliche Komponenten wie das Vorgelege 10 haben kann, aber auch andere Komponenten, ohne von der Erfindung ab­ zuweichen. Gleiche Bezugszeichen werden zur Bezeichnung gleicher Komponenten in dieser Ausführungsform verwendet. Das Vorgelege 80 kann ebenfalls eine Eingangswelle 20, eine hintere Ausgangs­ welle 22 und eine vordere Ausgangswelle 24 aufweisen, die alle drehbar relativ zum Vorgelegegehäuse 12 in Lagern 26 und anderen Lagern gelagert sind. Die Eingangswelle 20 ist gewöhnlich mit einem Fahrzeuggetriebe gekoppelt und überträgt Drehmoment vom Getriebe zu der hinteren Ausgangswelle 22 entweder über eine direkte Kupplung oder über einen Planetenradsatz, um hohe und niedrige Drehzahlbereiche abzugeben. Das Drehmoment in der hin­ teren Ausgangswelle 22 wird letztlich auf eine Antriebswelle übertragen, welche das Drehmoment auf ein Differential und zu den hinteren Rädern des Fahrzeuges überträgt.

Wie bei der vorherigen Ausführungsform kann das Vorgelege 80 ein Antriebsrad 40 aufweisen, das drehbar um die Welle 22 montiert ist, sowie eine Kupplung 42, um selektiv das Kettenrad 40 mit der Welle 22 zu koppeln. Es ist ferner eine Betätigungseinrich­ tung 44 für die Kupplung vorgesehen, die mechanisch, elektro­ mechanisch, hydraulisch, vakuum-betätigt oder in anderer geeig­ neter Weise ausgebildet sein kann, um selektiv die Kupplung 42 einzurücken, teilweise einzurücken oder auszurücken. Wenn die Kupplung 42 wenigstens teilweise eingerückt ist, wird Drehmoment von der Welle 22 über die Kupplung 42 übertragen, um das Ketten­ rad 40 anzutreiben. In dieser Ausführungsform ist eine Leerlauf­ welle 82 zwischen den Wellen 22 und 24 eingebaut, um ein geeig­ netes Antriebselement zu schaffen, das angekoppelt ist, um das Zahnrad 40 über ein mit ihm kämmendes Zahnrad 84 anzutreiben. Das Zahnrad 84 seinerseits ist mit dem Zahnrad 48 gekoppelt, das mit der Ausgangswelle 24 rotiert. Die Wellen 22 und 24 sind versetzt und die Leerlaufwelle 82 dient dazu, diese Wellen zu kuppeln, um ein Drehmoment zwischen ihnen zu übertragen, und sie stellen ein weiteres Beispiel einer Komponente dar, an der Dreh­ momentmessungen in dem Vorgelege nach der Erfindung vorgenommen und erhalten werden können. Bei dieser Ausführungsform kann die Reaktionskraft auf die Welle 24, die durch das Zahnrad 82 er­ zeugt wird, gemessen werden, um das Drehmoment anzuzeigen, das zwischen den Wellen 22 und 24 nach Wunsch aufgeteilt wird. Dies wiederum erlaubt es dem Steuersystem der Erfindung (das nachfol­ gend noch beschrieben wird) effektiver die Arbeitsweise des Vorgeleges zu steuern. Die auf das Zahnrad 48 ausgeübte Kraft bewirkt eine Rotation der Welle 24 und des Joches 47, wo eine Fahrzeugantriebswelle angeschlossen werden kann, um das Dreh­ moment auf ein vorderes Differential zu übertragen zur Ver­ teilung auf die vorderen Räder des Fahrzeuges.

Die Leerlaufwelle 82 und das zugehörige Zahnrad 84 in Verbindung mit der Antriebswelle 22 übertragen Drehmoment in einer Weise, die eine meßbare Reaktionskraft beispielsweise an der getriebe­ nen Welle 24 oder an der Leerlaufwelle 82 erzeugt. Das Zusammen­ wirken von Welle 82 und Welle 24 bewirkt hauptsächlich eine Ablenkung der Welle 24 in einer Ebene senkrecht zu der Ebene, in der die Mittellinien der Welle 24 und der Welle 82 liegen, wes­ halb die Reaktionskraft in einer Ebene senkrecht zu dieser Ebene gemessen werden kann. Wie Fig. 3 zeigt, kann der Kraftsensor 50 geeignet um die Welle 24 positioniert werden, um eine Kraft in der Ebene zu messen senkrecht zu oder entgegen der Reaktions­ kraft, die zwischen den Wellen erzeugt wird. Der Sensor 50 und insbesondere das Dehnmeßgerät 60 sind um etwa 90° gedreht um die Welle 24 dargestellt relativ zu der wirklichen Meßposition bei dieser Ausführungsform, wobei das Dehnmeßgerät 60 in einer Ebene senkrecht zu der Ebene positioniert ist, in der die Mittellinien der Wellen 24 und 82 liegen. Obwohl das Gehäuse des Lagers 54 auch hier eine geeignete Stelle zum Messen der Reaktionskraft zwischen diesen Wellen ist, um die Drehmomentverteilung zwischen den Wellen zu bestimmen, kann der Sensor 50 auch an anderen Stellen entgegengesetzt zu der Reaktionskraft angeordnet werden, die zwischen dem treiben und dem getriebenen Teil im Vorgelege erzeugt wird. Die Drehmomentmeßanordnung der Erfindung eignet sich auch für andere Antriebsausbildungen, die in Vorgelegen verwendet werden alternativ zu den Ausbildungen, die in den hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ver­ wendet werden, wobei die Reaktionskraft zwischen den verschiede­ nen treibenden und angetriebenen Teilen gemessen werden kann. Beispielsweise kann die Reaktionskraft eines Kettenantriebsele­ mentes wie bei der ersten Ausführungsform, einer Leerlaufwelle wie bei der zweiten Ausführungsform, oder einem Getriebesatz oder dergleichen an einem getriebenen Element in Übereinstimmung mit der Erfindung gemessen werden. Es ist ferner möglich, mehr­ fache Messungen zu erhalten bezogen auf die Drehmomentverteilung im Vorgelege, die allein oder in Verbindung mit anderen Be­ triebs-Parametern des Fahrzeuges verwendet werden können, um eine wirksame Steuerung der Betriebsweise des Vorgeleges zu schaffen.

Fig. 4 zeigt ein Überwachungs- und Steuersystem nach der Erfin­ dung, das allgemein mit 100 bezeichnet ist, und das elektrisch mit dem Vorgelege 10 oder 80 verbunden ist. Insbesondere ist das System 100 mit dem Sensor 50 über den Ausgang des Verstärkers 64 über das Verbindungsstück 68 verbunden. Das Steuersystem 100 kann als ein Eingangssignal bei 102 das verstärkte Ausgangsspan­ nungssignal vom Verstärker 64 empfangen, dessen Stärke variiert abhängig von der Größe der Reaktionskraft, die vom Sensor 50 gemessen worden ist. Auf der Basis der Stärke des am Eingang 102 empfangenen Spannungssignales kann das Steuersystem 100 so aus­ gebildet sein, daß es Steuersignale abgibt, um den Betrieb des Vorgeleges 10 oder 80 zu steuern. Beispielsweise kann das Steu­ ersystem 100 verwendet werden, um die Kupplungsbetätigungsein­ richtung 44 des Vorgeleges über eine elektrische Verbindung 104 zu steuern, um die Kupplungsbetätigungseinrichtung 44 zu modu­ lieren oder zu regulieren. Diese kann den Vierradantrieb automa­ tisch einschalten oder er kann benutzt werden, um die Größe des auf die Welle 24 von der Welle 22 übertragenen Drehmomentes zu variieren. Das Steuersystem 100 bildet somit einen Mechanismus zum Modulieren des auf die Welle 24 übertragenen Drehmomentes, um die Handhabungs-Charakteristiken des Fahrzeuges zu verändern. Das System 100 kann auch einen Mechanismus enthalten, um eine Drehmomentüberlastung der Komponenten des Vorgeleges zu ver­ hindern, wobei das letztere bewirkt wird, indem das System 100 benutzt wird, um die Ablenkung oder Biegung der Welle 24 auf einen vorgegebenen Wert zu begrenzen. Das Steuersystem 100 kann, wenn gewünscht, auch andere Fahrzeugfunktionen steuern, und es kann auch weitere Eingangssignale, zum Beispiel bei 106 oder 108, empfangen, um die Drehmomentüberwachungsfähigkeiten des Systemes zu verbessern oder zu erhöhen, um die Steuerung des Vorgeleges zur erleichtern. Beispielsweise kann das Steuersystem 100 auch Eingangssignale bei 106 von Drehzahlsensoren empfangen, die den Wellen 22 oder 24 oder anderen Komponenten des Vor­ geleges 10 oder 80 zugeordnet sind, um die Drehmomentmessung zu verfeinern oder zu ergänzen für eine effektivere Steuerung der Betriebsweise des Vorgeleges. Auch andere Betriebsbedingungen des Fahrzeuges, beispielsweise die Stellung der Drosselklappe, können gemessen und bei 108 als Eingabe an das Steuersystem 100 eingegeben werden, um die Notwendigkeit, den Betrieb des Vor­ geleges zu ändern, vorwegzunehmen, wobei diese oder andere Sig­ nale in Verbindung mit der Drehmomentmessung benutzt werden können, um das Vorgelege zu steuern. Das Steuersystem 100 kann auch verwendet werden, um die verschiedenen Signale zu verar­ beiten, um eine eindeutige Überwachung und Analyse der Fahrzeug­ betriebsbedingungen zu erhalten, zum Beispiel Überwachung der Rate einer Drehmomentzunahme oder -abnahme zur Bestimmung der Betriebsweise des Vorgeleges und Steuerung der Kupplungsbetäti­ gungseinrichtung 44 oder anderer Komponenten des Vorgeleges.

Claims (20)

1. Vorgelege, insbesondere für Vierradantrieb, gekennzeichnet durch ein Vorgelegegehäuse, eine Eingangswelle, ersten und zweiten Ausgangswellen, von denen jede drehbar im Vorgele­ gegehäuse gelagert ist, wobei die erste und die zweite Ausgangswelle selektiv Drehmoment von der Eingangswelle erhalten;
ferner durch wenigstens einen Kraftsensor, der in einer Position relativ zu einem getriebenen Element im Vorgelege angeordnet ist, um die Reaktionskraft zu messen, die auf dieses getriebene Element aufgrund eines Drehmomen­ tes ausgeübt wird, das auf wenigstens eine der ersten und zweiten Ausgangswellen übertragen wird, um eine Anzeige bezüglich des Drehmomentes abzugeben, das durch wenigstens eine der Ausgangswellen übertragen worden ist, wobei der Kraftsensor wenigstens ein erstes Signal erzeugt, das der gemessenen Kraft entspricht,
und durch ein Steuersystem zum Empfang dieses wenig­ stens ersten Signales vom Kraftsensor, und daß das Steuer­ system Ausgangssteuersignale erzeugt, die zur Steuerung des Betriebes des Vorgeleges verwendet werden.

2. Vorgelege nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftsensor einer Lageranordnung von wenigstens einer der Ausgangswellen zugeordnet ist, und daß er ein Gehäuse auf­ weist, in welchem diese Lageranordnung dieser wenigstens einen Welle wenigstens teilweise eingebaut ist.

3. Vorgelege nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageranordnung einen inneren Laufring, einen äußeren Lauf­ ring sowie zwischen diesen angeordneten und in Eingriff mit den beiden Laufringen stehende Mehrzahl von Wälzelementen aufweist, und daß das Gehäuse des Kraftsensors im wesentli­ chen den äußeren Laufring des Lagers umgibt.

4. Vorgelege nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Laufring des Lagers an der Außenfläche dieser wenig­ stens einen Welle ausgebildet ist.

5. Vorgelege nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser wenigstens eine Kraftsensor ein Gehäuse hat und wenigstens ein Belastungs- bzw. Dehnungsmeßgerät zwischen diesem Gehäuse und dem getriebenen Element in einer vor­ gegebenen Position angeordnet ist, und daß das Dehnungsmeß­ gerät die Reaktionskraft mißt, die von einem treibenden Element auf das getriebene Element aufgebracht wird.

6. Vorgelege nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftsensor einen Verstärker aufweist, welcher ein Signal empfängt, das dem Dehnungsmeßgerät zugeordnet ist, um ein Ausgangssignal des Dehnungsmeßgerätes zu erzeugen, das durch den Verstärker verstärkt wird.

7. Vorgelege nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker elektronisch in das Kraftsensorgehäuse eingebet­ tet ist und in elektrisches Verbindungsstück aufweist, das mit ihm verbunden ist und sich aus dem Vorgelegegehäuse nach außen erstreckt zur Verbindung mit einem passenden elektrischen Anschlußteil.

8. Vorgelege nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker eine vorgegebene Spannungsverstärkung hat und daß er ein Ausgangssignal im Bereich von etwa 0 bis 5 Volt erzeugt.

9. Vorgelege nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Ausgangswelle die vordere und die hintere Ausgangswelle bilden, und daß wenigstens ein Kraft­ sensor in Verbindung mit einem Lager der vorderen Aus­ gangswelle des Vorgeleges vorgesehen ist.

10. Vorgelege nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste oder die zweite Ausgangswelle selektiv treibend mit der anderen der Ausgangswellen über ein Antriebselement gekoppelt ist, und daß wenigstens ein Kraftsensor vor­ gesehen ist, um die Reaktionskraft zwischen dem treibenden Element und der getriebenen Ausgangswelle zu messen.

11. Vorgelege nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement eine Leerlaufwelle ist, und daß wenigstens ein Kraftsensor vorgesehen ist, um die Reaktionskraft in einer Ebene zu messen, die im wesentlichen senkrecht zu der Ebene liegt, welche durch die Mittellinie der getriebenen Ausgangswelle und die Mittellinie der Leerlaufwelle gebil­ det ist.

12. Vorgelege nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die getriebene Ausgangswelle versetzt zu der anderen der ersten oder zweiten Ausgangswelle ist, und daß die getriebene Ausgangswelle durch die Leerlaufwelle mit der anderen der Ausgangswellen gekoppelt ist.

13. Vorgelege nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement zwischen der ersten und der zweiten Aus­ gangswelle angeordnet ist, und daß wenigstens ein Kraftsen­ sor vorgesehen ist, um die Reaktionskraft in einer Ebene zu messen, die im wesentlichen senkrecht zu der Ebene ver­ läuft, die durch die Mittellinie der ersten und der zweiten Ausgangswelle gebildet ist.

14. Vorgelege nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement wenigstens ein Zahnrad umfaßt, und daß wenigstens ein Kraftsensor vorgesehen ist, um die Reak­ tionskraft in einer Ebene zu messen, die im wesentlichen senkrecht zu der Ebene liegt, welche durch die Mittellinie der getriebenen Ausgangswelle und die Mittellinie dieses Zahnrades gebildet ist.

15. Vorgelege nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftsensorgehäuse fest mit dem Gehäuse des Vorgeleges verbunden ist.

16. Vorgelege nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement die getriebene Ausgangswelle im wesentli­ chen in nur einer Ebene ablenkt bzw. durchbiegt, und daß der Kraftsensor die Durchbiegung der getriebenen Aus­ gangswelle zum Antriebselement hin mißt.

17. Vorgelege nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersystem mit einer Vierradantrieb-Kupplungsbetätigungs­ einrichtung des Vorgeleges verbunden ist, derart, daß das Steuersystem diese Kupplungsbetätigungseinrichtung modulie­ ren kann auf der Basis des Einganges, der vom Kraftsensor empfangen wird.

18. Vorgelege nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Steuersystem die Kupplungsbetätigungseinrichtung modulierbar ist, um die Größe des Drehmomentes zu begren­ zen, das auf das getriebene Element übertragen wird, wenn ein vorgegebener Drehmoment-Schwellwert erreicht ist.

19. Vorgelege nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersystem Eingangssignale empfängt, die auf die Be­ triebs-Parameter des Vorgeleges bezogen sind, und daß es die Ausgangssteuersignale erzeugt.

20. Vorgelege nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorgelege in ein Fahrzeug einbaubar ist, und daß das Steu­ ersystem Eingangssignale empfängt, die auf die Betriebs­ parameter des Fahrzeugs bezogen sind und daß es die Aus­ gangssteuersignale erzeugt.