DE3600870C1 - Schaltvorrichtung fuer zwei Kupplungen zum Umschalten zwischen einachsigem Standardantrieb und zweiachsigem Allradantrieb bei einem Kraftfahrzeug mit zwei antreibbaren Fahrzeugachsen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Eine bekannte Schaltvorrichtung dieser Art (DE-OS 32 03 707) ist darauf abgestellt, bei an sich permanentem Allradantrieb zur Verbesserung der Fahreigenschaften in besonderen Betriebs­ situationen eine schnell schaltende Kupplung für die Vorder­ achse zu verwenden. Die Umschaltung von Allradantrieb auf Hinterradantrieb kann automatisch abhängig vom Lenkeinschlag oder manuell über einen Schalter erfolgen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht im wesent­ lichen darin, bei einer Schaltvorrichtung der eingangs ge­ nannten Art die Umschaltung in die Schaltstufe für Standard­ antrieb zwar möglichst schnell - vor allem jedoch weich und ohne schlagartige Drehmomenterhöhung an der Hinterachse durch­ zuführen.

Die erläuterte Aufgabe ist in vorteilhafter Weise mit den kennzeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1 ge­ löst.

Bei der Schaltvorrichtung nach der Erfindung sind weiche und schnelle Umschaltungen durch die Verwendung von reib­ schlüssigen Kupplungen und druckmittelbetriebenen Stell­ gliedern ermöglicht. Die Schaltung der Schaltstufe für Standardantrieb kann bei der Schaltvorrichtung nach der Erfindung so erfolgen, daß ein Schaltventil von der Steuereinheit der­ art ansteuerbar ist, daß bei einer Umschaltung in die Schaltstufe für Standardantrieb das Kupplungsmoment der Kupplung des Ausgleichsgetriebes wenigstens annähernd lediglich in dem Maße ansteigt, wie das Kupplungsmoment der Kupplung für die eine Fahrzeugachse abnimmt.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaltvorrichtung nach der Erfindung zum Gegenstand.

Die Schaltvorrichtung nach der Erfindung ist nachstehend anhand von drei in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsform näher beschrieben. In der Zeichnung be­ deutet

Fig. 1 ein Getriebeschema für den Antrieb von zwei Antriebsachsen eines Kraftfahrzeugs mit zwei reibschlüssigen Kupplungen zum Umschalten zwischen zwei Schaltstufen für Standardantrieb und ausgeglichenem Allradantrieb,

Fig. 2 eine Schaltvorrichtung nach der Erfindung in einer ersten Ausführungsform zum Umschalten der beiden Kupplungen in dem Getriebeschema von Fig. 1,

Fig. 3 eine Schalttabelle bezüglich der Betätigung der beiden Kupplungen in den beiden durch die Schalt­ vorrichtung von Fig. 2 geschalteten Schaltstufen,

Fig. 4 eine Variante der Schaltvorrichtung von Fig. 2 als eine zweite Ausführungsform, und

Fig. 5 eine weitere Variante der Schaltvorrichtung von Fig. 2 als eine dritte Ausführungsform der Er­ findung.

Unter Bezugnahme auf das Verteilergetriebe 3 von Fig. 1 ist eine Lamellen-Kupplung 1 mit einem miteinander kämmende Doppelplaneten lagernden Planetenträger eines Planetenräder- Ausgleichsgetriebes 2 und einem mit einer Abtriebswelle 58 verbundenen und mit den inneren Planeten kämmenden inneren Zentralrad verbunden. Das äußere Zentralrad des Ausgleichs­ getriebes 2 ist mit einer Eingangswelle 57 verbunden, die eine Getriebeabtriebswelle eines einem Antriebsmotor 61 des Kraftfahrzeuges im Kraftfluß nachgeschalteten Wechselgetriebes sein kann. Die Abtriebswelle 58 steht in der üblichen Weise über einen Antriebsstrang mit dem Achsantrieb der Hinterachse in Antriebsverbindung.

Das innere Zentralrad des Ausgleichsgetriebes 2 ist durch eine Lamellen-Kupplung 4 mit dem Eingangsrad eines Stirn­ rädergetriebes 60 kuppelbar, dessen Ausgangsrad drehfest mit einer Nebenantriebswelle 5 verbunden ist, welche zum Achsantrieb der Vorderachse des Kraftfahrzeuges führt.

Durch Sperrung des Ausgleichsgetriebes 2 mittels der Kupp­ lung 1 ist die Abtriebswelle 58 direkt von der Eingangs­ welle 57 angetrieben, wobei die Hinterachse allein (=Standardantrieb) - bei ausgerückter Kupplung 4 - oder auch zusammen mit der Vorderachse bei eingerückter Kupplung 4 in nicht ausgeglichenem Allradantrieb antreib­ bar ist.

In einer weiteren dritten Schaltstufe ist die Kupplung 4 allein eingerückt, so daß beide Fahrzeugachsen über das nun wirksame Zentralausgleichsgetriebe 2 in ausgeglichenem Allradantrieb antreibbar sind.

Unter Bezugnahme auf das Blockschaltbild der Fig. 2 werden die beiden Kupplungen 1 und 4 durch je ein lediglich an­ gedeutetes Druckmittel-Stellglied 7 und 8 der Axialkolben- Bauart betätigt, welche durch je ein Schaltventil 9 und 10 mit einer Druckspeicherleitung 12 bzw. mit einer Rücklauf­ leitung 14 verbunden sein können. Die Druckspeicherleitung 12 ist mit einem Druckspeicher 36 verbunden, welche unter Vermittlung eines vom Speicherdruck gesteuerten Ladeventiles 37 von einer vom Antriebsmotor 61 angetriebenen Druckmittel­ pumpe 11 aufladbar ist.

Die Rücklaufleitung 14 führt zum einen im wesentlichen druckentlasteten Druckmittel-Vorratsbehälter 13 über ein Rückschlagventil zu einem Ventilanschluß 72 des als elektromagnetisches Proportionalventil arbeitenden Schaltventiles 10, welches bei seiner Umschaltung zwischen einer durch den Elektromagneten betätigten Schaltstellung 20 und einer durch Federkraft geschalteten stromlosen Ruhestellung 21 eine Zwischenstellung 68 durchfährt. In der Zwischenschaltung 68 sind ein mit dem Stellglied 7 über das andere Schaltventil 9 ver­ bundene Ventilanschluß 69 des Proportionalventiles 10 mit einem mit dem Stellglied 8 verbundenen Ventilan­ schluß am Proportionalventil 10 miteinander verbunden.

In der Ruhestellung 21 des Proportionalventiles 10 sind dessen Ventilanschlüsse 70 und 72 miteinander verbunden, wobei noch eine Verbindung zwischen dem Ventilanschluß 69 und einem weiteren, an die Speisedruckleitung 12 an­ geschlossenen Ventilanschluß 74 am Proportionalventil 10 hergestellt wird.

In der Schaltstellung 20 des Proportionalventiles 10 sind an letzteren einerseits die Ventilanschlüsse 69 und 72 und andererseits die Ventilanschlüsse 70 und 74 jeweils miteinander verbunden.

Der Elektromagnet des Proportionalventiles 10 ist durch eine Steuerleitung 53 mit einer elektronischen Steuer­ einheit 6 über einen elektronischen Funktionswandler 71 verbunden. Der Funktionswanlder 71 arbeitet so, daß das Proportionalventil 10 seine Zwischenstellung 68 bei einer Umschaltung in die Schaltstellung 20 schnell - dagegen in die Schaltstellung 21 langsam durchfährt.

Die Steuereinheit 6 arbeitet in Abhängigkeit von zwei zu den Drehzahlen der Räder der Vorderachse analogen Dreh­ zahlsignalen 48 und 49, einen zum arithmetischen Mittel der Drehzahlen der Räder der Hinterachse analogen Dreh­ zahlsignal 50, einen dem Lenkwinkel des Lenkhandrades analogen Signal 51 sowie einem durch Betätigung der Fahrzeugbremsen ausgelösten Bremssignal 66 gemäß der deutschen Patentanmeldung P 35 05 455.

Die Steuereinheit 6 ist ausgangsseitig über eine weitere Steuerleitung 52 mit dem Elektromagneten der Ventilan­ schlüssen 76, 77 und 78 versehenen Schaltventiles 9 ver­ bunden, so daß letztere in eine Schaltstellung 20 bring­ bar ist, in welcher der an die Speisedruckleitung 12 angeschlossene Ventilanschluß 76 mit dem an das Stell­ glied 7 angeschlossenen Ventilanschluß 77 verbunden, dabei der mit dem Ventilanschluß 69 des Proportional­ ventiles 10 verbundene Ventilanschluß 78 abgesperrt ist.

Dagegen sind in einer durch Federkraft geschalteten Ruhe­ stellung 21 des Schaltventiles 9 des Ventilanschlusses 77 und 78 miteinander verbunden und der Ventilanschluß 76 abgesperrt.

Die Steuereinheit 6 bringt die Schaltvorrichtung unter bestimmten Schlupfbedingungen in die Schaltstufe für ausgeglichenen Allradantrieb, in welchen die Kupplung 1 ausgerückt, dagegen die Kupplung 4 eingerückt sein muß.

Bei der Ausführungsform der Fig. 2 wird die Kupplung 1 durch das Stellglied 7 eingerückt und durch Federkraft ausgerückt; das gleiche gilt für die Kupplung 4. Dem­ zufolge sind in der Schaltstufe für ausgeglichenen All­ radantrieb das Schaltventil 10 in die Schaltstellung 20 und das Schaltventil 9 in die Ruhestellung 21 gebracht, wodurch das Stellglied 8 auf die Speisedruckleitung 12 und das Stellglied 7 auf die Rücklaufleitung 40 geschaltet sind.

Bei einer Umschaltung in die Schaltstufe Standardantrieb, in welchem ausschließlich die Kupplung 1 eingerückt ist, bleibt das Schaltventil 9 stromlos in seiner Ruhestellung 21, wodurch das Stellglied 7 der einzurückenden Kupplung 1 weiterhin mit dem Ventilanschluß 69 des Proportional­ ventiles 10 in Verbindung bleibt. Letzteres durchfährt hierbei langsam seine Zwischenstellung 68, in welcher nun beide Stellglieder 7 und 8 miteinander verbunden und dadurch die Momentenverläufe beider Kupplungen 1 und 4 miteinander gekoppelt sind, d. h., der Drehmomentan­ stieg an der Kupplung 1 für den Hinterachsantrieb kann nicht schlagartig verlaufen.

Bei der Variante gemäß Fig. 4 wird die Kupplung 1 wiederum durch das Stellglied 7 - dagegen die Kupplung 4 durch Feder­ kraft eingerückt. In Anpassung an diese andere Kupplungs­ betätigung ist das Proportionalventil 10 ausgangsseitig mit nur einem mit beiden Stellgliedern 7 und 8 in Verbin­ dung stehenden Ventilanschluß 69 versehen, der nun in der Ruhestellung 21 mit dem Ventilanschluß 74 der Speisedruck­ leitung 12 verbunden ist. In weiterer Anpassung ist in der Ruhestellung 21 der Ventilanschluß 72 des Proportionalven­ tiles 10 für die Rücklaufleitung 14 abgesperrt. Schließ­ lich sind in der Schaltstellung 20 des Proportionalventiles 10 dessen Ventilanschlüsse 69 und 72 miteinander verbunden und der Ventilanschluß 74 abgesperrt. Da diese Anordnung beide Kupplungen 1 und 4 im stromlosen Zustand der Schaltventile 9 und 10 - d. h., bei Standardantrieb - mit Druck beaufschlagt, sind die Kupplung 1 eingerückt und die andere Kupplung 4 aus­ gerückt.

In der Schaltstufe für ausgeglichenen Allradantrieb ist wiederum lediglich das Proportionalventil 10 in seine Schalt­ stellung 20 betätigt, wodurch beide Stellglieder 7 und 8 auf die Rücklaufleitung 14 geschaltet sind und lediglich die Kupplung 4 - mit Federkraft - eingerückt ist.

Bei einer Umschaltung in den Standardantrieb durchläuft das Proportionalventil 10 seine Zwischenstellung 68 - in welcher bei dieser Variante die beiden Ventilanschlüsse 69 und 72 zueinander offen sind und mit dem Ventilanschluß 74 eine gedrosselte Verbindung 73 aufweisen - wiederum langsam in Richtung seiner Ruhestellung 21, so daß der Druckaufbau in der Kupplung 1 in dem Maße erfolgt, wie der Druck in der Kupplung 4 abfällt.

Bei der Variante der Fig. 5 erfolgt eine wiederum andere Art der Kupplungsbetätigung so, daß die Kupplung 1 durch Federkraft - dagegen die Kupplung 4 durch ihr Stellglied 8 eingerückt werden.

In Anpassung an diese andere Kupplungsbetätigung sind am Proportionalventil 10 die in den beiden Stellungen 20 und 21 jeweils auf den Ventilanschluß 69 geschalteten Ventilan­ schlüsse 72 und 74 gegenüber der Ausführungsform der Fig. 4 quasi miteinander vertauscht, d. h., der Ventilanschluß 69 ist in der Schaltstellung 20 mit dem Ventilanschluß 74 - da­ gegen in der Ruhestellung 21 mit dem Ventilanschluß 72 ver­ bunden, wonach in der Zwischenstellung 68 eine gedrosselte Verbindung 65 zwischen dem Ventilanschluß 72 der Rücklauf­ leitung 14 einerseits und den beiden Ventilanschlüssen 69 und 74 andererseits wirksam ist.

In der Schaltstufe für ausgeglichenen Allradantrieb ist wiederum nur das Proportionalventil 10 in seine Schalt­ stellung 20 von der Steuereinheit 6 gebracht, so daß beide Stellglieder 7 und 8 mit Arbeitsdruck beaufschlagt sind, d. h., die Kupplung 1 ist ausgerückt und die Kupplung 4 ist eingerückt.

Bei einer Umschaltung in die Schaltstufe für Standardantrieb durchläuft das Proportionalventil 10 wiederum langsam seine Zwischenstellung 68, so daß beide Kupplungen 1 und 4 unter Drosselung über den Ventildurchgang 75 langsam vom Druck­ speicher 36 abgeschaltet und sukzessive mit der Rücklaufleitung 14 verbunden werden.

Auf diese Weise ist auch bei einer solchen Kupplungsbe­ tätigung gewährleistet, daß das Kupplungsmoment in der Kupplung 1 für den Standardantrieb nicht schlagartig, sonder nur stetig ansteigen kann.

Claims (7)

1. Schaltvorrichtung für eine mit Reibschluß arbeitende Kupplung zum Sperren eines zentralen Planetenräder-Aus­ gleichsgetriebes eines Verteilergetriebes zum Antrieb von zwei Fahrzeugachsen eines Kraftfahrzeuges und für eine mit Reibschluß arbeitende Kupplung für die Antriebsverbindung zwischen dem Verteilergetriebe und der einen Fahrzeugachse, die in Abhängigkeit von einer Steuereinheit und unter Ver­ wendung je eines sowohl mit hydraulischer Druckmittelhilfs­ kraft betriebenen als auch durch ein Schaltventil mit einer Druckquelle bzw. mit einem im wesentlichen druckentlasteten Vorratsbehälter verbundenen Stellgliedes zur Betätigung der Kupplungen zwischen einer Schaltstufe für einachsigen Standardbetrieb - in welcher die Kupplung des Ausgleichs­ getriebes eingerückt und die andere Kupplung ausgerückt ist - und einer Schaltstufe für ausgeglichenen Allradan­ trieb - in welcher die Kupplung des Ausgleichsgetriebes aus­ gerückt und die andere Kupplung eingerückt ist - umschalt­ bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil (10) von der elektronischen Steuerein­ heit (6) derart ansteuerbar ist, daß bei einer Umschaltung in die Schaltstufe für Standardantrieb das Kupplungsmoment der Kupplung (1) des Ausgleichsgetriebes (2) wenigstens annähernd ledig­ lich in dem Maße ansteigt, wie das Kupplungsmoment der Kupplung (4) für die eine Fahrzeugachse abnimmt.

2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Schaltventil ein elektromagnetisches Proportio­ nalventil (10) verwendet ist, das bei seiner Umschaltung eine Zwischenstellung (68) durchfährt, in welcher sein mit dem Stellglied (8) der Kupplung (4) der einen Fahrzeugachse ver­ bundener Ventilanschluß (70 bzw. 69) mit einem nicht der Schaltstufe für Standardantrieb zugehörigem Ventilanschluß (69 bzw. 72) verbunden ist, und daß das Proportionalventil (10) derart über einen elektronischen Funktionswandler (71) mit der Steuereinheit (6) verbunden ist, daß die Zwischen­ stellung (68) bei Auftreten des Schaltsignales ((1)-(0)) für die Schaltstufe für Standardantrieb langsam - dagegen bei Auftreten des Schaltsignales ((0)-(1)) für die Schalt­ stufe ausgeglichener Allradantrieb schnell durchfahren wird.

3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kupplungen (1, 4) jeweils durch Federkraft aus­ gerückt und durch die Hilfskraft ihres Stellgliedes (7, 8) eingerückt werden und daß der mit dem Stellglied (7) für die Kupplung (1) des Ausgleichsgetriebes (2) verbundene Ventil­ anschluß (69) des Proportionalventiles (10) in der Zwischen­ stellung (68) mit den mit dem Stellglied (8) der Kupplung (4) für die eine Fahrzeugachse in Verbindung stehenden Ventilanschluß (70) verbunden ist (Fig. 2).

4. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (1) des Ausgleichsgetriebes (2) durch die Hilfskraft ihres Stellgliedes (7), dagegen die Kupplung (4) der einen Fahrzeugachse durch Federkraft einrückbar sowie der mit dem Stellglied (7) für die Kupplung (1) des Ausgleichsgetriebes (2) in Verbindung stehende Ventil­ anschluß (69) des Proportionalventiles (10) sowohl noch ständig mit dem Stellglied (8) der Kupplung (4) für die eine Fahrzeugachse als auch in der Zwischenstellung (68) mit dem Ventilanschluß (72) des Proportionalventiles (10) für den Vorratsbehälter (13) verbunden ist (Fig. 4).

5. Schaltvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zwischenstellung (68) des Proportionalventiles (10) eine gedrosselte zusätzliche Verbindung (73) zwischen dem mit den Stellgliedern (7, 8) der Kupplungen (1, 4) verbundenen Ventilanschluß (69) und dem Ventilanschluß (74) für die Druckquelle (Pumpe 11) hergestellt ist (Fig. 4).

6. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (1) des Ausgleichsgetriebes (2) durch Federkraft, dagegen die Kupplung (4) für die eine Fahr­ zeugachse durch die Hilfskraft ihres Stellgliedes (8) einrückbar sowie der mit dem Stellglied (7) für die Kupplung (1) des Ausgleichsgetriebes (2) in Verbindung stehende Ventilanschluß (69) des Proportionalventiles (10) sowohl ständig noch mit dem Stellglied (7) der Kupplung (4) für die eine Fahrzeugachse als auch in der Zwischenstellung (68) mit dem Ventilanschluß (74) des Proportionalventiles (10) für die Druckquelle (Pumpe 11) verbunden ist (Fig. 5).

7. Schaltvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zwischenstellung (68) des Proportionalventiles (10) eine gedrosselte zusätzliche Verbindung (75) zwischen dem mit Stellgliedern (7, 8) der Kupplungen (1, 4) verbundenen Ventilanschluß (69) und dem Ventilanschluß (72) für den Vorratsbehälter (13) hergestellt ist.