DE3706075A1

DE3706075A1 - Kraftuebertragungssystem fuer ein fahrzeug mit vierradantrieb

Info

Publication number: DE3706075A1
Application number: DE19873706075
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Takahashi; Fusami Oyama; Yukio Kodama
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1986-02-26
Filing date: 1987-02-25
Publication date: 1987-08-27
Also published as: DE3706075C2; US4805721A

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftübertragungssystem, um die Antriebskraft eines Motors auf die vier Räder eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb zu übertragen.

Bei einem herkömmlichen Fahrzeug mit Vierradantrieb mit einem zentralen Differential, das als Fahrzeug mit permanent wirksamen Vierradantrieb bezeichnet wird, arbeitet das zentrale Differential so, daß es das Drehmoment eines Motors gleichmäßig auf die Vorderräder und die Hinterräder verteilt.

Es ist bekannt, daß das Verteilungsverhältnis des Drehmomentes Einfluß auf das Fahrverhalten, die Lenkfähigkeit, die Stabilität, die Starteigenschaften sowie weitere Eigenschaften hat. Wenn nämlich die Verteilung zugunsten des Vorderrades zunimmt, so wird ein stabiles Kurvenfahrverhalten bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten erreicht, und wenn die Verteilung zugunsten der Hinterräder zunimmt, so wird die Lenkfähigkeit bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten verbessert. Bei einem herkömmlichen Fahrzeug mit Vierradantrieb kann das Verteilungsverhältnis des Drehmoments auf die Vorderräder und die Hinterräder nicht geändert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein System anzugeben, mit dem sich das Verteilungsverhältnis des Drehmomentes auf die Vorderräder und die Hinterräder in Abhängigkeit von den Fahrzuständen eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb ändern bzw. einstellen läßt.

Gemäß der Erfindung wird ein Kraftübertragungssystem für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb angegeben, bei dem die Energie bzw. die Kraft eines Motors über ein zentrales Differential auf die Vorderräder und die Hinterräder übertragen wird. Das System enthält eine Dremomentverteilungseinrichtung mit einer Kupplung, die zur Änderung des Drehmoments vorgesehen ist, welches auf die Vorderräder bzw. die Hinterräder übertragen wird, sowie eine Steuereinrichtung, um die Kupplung wirksam zu machen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Kupplung eine Ölhydraulikkupplung mit einander gegenüberliegenden Scheiben, die so arbeitet, daß ein Drehmoment durch die Differenz zwischen den Drehzahlen der einander gegenüberliegenden Scheiben übertragen wird, und jede der gegenüberliegenden Scheiben der Kupplung ist betriebsmäßig an ein Tellerrad des zentralen Differentials über einen Getriebezug angeschlossen.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von verschiedenen Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftübertragungssystems;

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung des Kraftflusses durch das System;

Fig. 3a und 3b graphische Darstellungen zur Erläuterung der Eigenschaften der Drehmoment-Verteilungssteuerung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 6 und 7 schematische Darstellungen zur Erläuterung von weiteren Ausführungsformen gemäß der Erfindung; und in

Fig. 8a und 8b graphische Darstellung zur Erläuterung von Eigenschaften des Systems gemäß Fig. 7.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt ein Kraftübertragungssystem für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb, wobei das Bezugszeichen 1 einen Motor bezeichnet, der im Frontbereich des Fahrzeugs montiert ist. Die Kraft des Motors 1 wird über ein Getriebe 2 auf eine Übertragungseinrichtung 3 übertragen. In der Übertragungseinrichtung 3 wird eine Drehung einer Antriebswelle 4 des Getriebes 2 auf ein Differentialgehäuse 7 eines zentralen Differentials 6 über ein Zahnrad 5 übertragen. Das zentrale Differential 6 weist ein Paar von Tellerrädern 9 und 10 auf, die jeweils mit Ritzeln 8 in Eingriff stehen. Eine Welle 11 des Tellerrades 9 ist betriebsmäßig mit einem vorderen Differential 14 über ein Gelenk 13, eine Welle 12 und ein Gelenk 13 a verbunden, um die Vorderräder 14 a anzutreiben. Andererseits ist das Tellerrad 10 betriebsmäßig mit einem hinteren Differential 18 über eine Welle 15, Gelenke 17 und eine Welle 16 verbunden, um die Hinterräder 18 a anzutreiben. Somit arbeitet das zentrale Differential 6 in der Weise, daß es Unterschiede zwischen Geschwindigkeiten der Vorderräder und der Hinterräder ausgleicht.

Bei dem erfindungsgemäßen System ist ein Drehmomentverteiler 20 für das zentrale Differential 6 vorgesehen. Der Drehmomentverteiler 20 weist ein Zahnrad 21, das an der Vorderradantriebswelle 11 befestigt ist, und ein Zahnrad 22 auf, das an der Hinterradantriebswelle 15 befestigt ist. Das Zahnrad 21 steht mit einem Zahnrad 21 a in Eingriff, das an einer Bypass- Welle 23 befestigt ist, und das Zahnrad 22 steht mit einem Zahnrad 22 a in Eingriff. Die Zahnräder 21, 21 a, 22 und 22 a sind so angeordnet, daß das Übersetzungsverhältnis GF der Zahnräder 21 und 21 a kleiner ist als das Übersetzungsverhältnis GR der Zahnräder 22 und 22 a, d. h. es gilt GF ≦ωτ GR. Die Welle 23 ist in eine Ölhydraulikkupplung 24 eingesetzt, und das Zahnrad 22 a ist an einer Trommel 24 b der Kupplung 24 befestigt. Die Kupplung weist eine Vielzahl von Scheiben 24 a, die an der Welle 23 befestigt sind, und Scheiben 24 c auf, die an der Trommel befestigt sind und den Scheiben 24 a gegenüberliegen. Die Kupplung 24 ist so ausgelegt, daß sie das Drehmoment von der Scheibenseite höherer Drehzahl zu einer Scheibenseite niedrigerer Drehzahl überträgt.

Das Kraftübertragungssystem weist einen Eingangsdremoment- Meßfühler 25 zur Abtastung des Eingangsdrehmomentes an der Welle 4 sowie eine Steuereinheit 26 auf, die mit dem Eingangsdrehmomentsignal versorgt wird, um das Motorendrehmoment, die Motorabbremsung und andere Größen abzutasten.

Ein Ausgangssignal der Steuereinheit 26 wird einer Hydraulikbetätigungseinrichtung 27 zugeführt, um den Öldruck zu steuern, mit dem die Ölkupplung 24 beaufschlagt wird.

Im Betrieb wird das Ausgangsdrehmoment an der Antriebswelle 4 zum zentralen Differential 6 übertragen, bei dem das Drehmoment auf die Tellerräder 9 und 10 aufgeteilt wird. Die aufgeteilten Dremomente werden auf die Vorderrad- und Hinterrad-Antriebswellen 11 und 15 übertragen. Zur gleichen Zeit werden die Drehmomente auf die Scheiben 24 a der Ölkupplung 24 durch die Zahnräder 21 und 21 a sowie die Welle 23 sowie auf die Trommel 24 b über die Zahnräder 22 und 22 a übertragen. Die Drehzahl VF der Scheiben 24 a ist höher als die Drehzahl VR der Trommel 24 b, d. h. es gilt VF ≦λτ VR, und zwar aufgrund des Übersetzungsverhältnisses, bei dem GF ≦ωτ GR gilt. Dementsprechend wird das Drehmoment von den Scheiben 24 a auf der Seite höherer Drehzahl zu der Trommel 24 b auf der Seite niedrigerer Drehzahl übertragen.

Wenn der Öldruck in der Kupplung 24 verringert wird, um die Kupplung auszurücken, so laufen die Teile des Drehmomentverteilers im Leerlauf. Dementsprechend wird das Eingangsdrehmoment gleichmäßig auf die Vorderrad- und Hinterradantriebswellen 11 und 15 verteilt, wie es in Fig. 3a mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist.

Wenn der Öldruck in der Kupplung 24 durch die Betätigungseinrichtung 27 zunimmt, und zwar in Abhängigkeit von den Fahrbedingungen, um ein Kupplungsdrehmoment Tc zu erzeugen, so wird ein von dem Kupplungsdrehmoment Tc abhängiges Drehmoment von den Scheiben 24 a auf die Trommel 24 b übertragen. Dementsprechend wird das Drehmoment für die Vorderräder durch ein Drehmoment auf der Basis des Kupplungsdrehmomentes Tc und des Übersetzungsverhältnisses beim Zahnrad 21 reduziert. Demgegenüber wird das Drehmoment für die Hinterräder um ein Drehmoment erhöht, das auf dem Kupplungsdrehmoment und dem Übersetzungsverhältnis beim Zahnrad 22 basiert.

Im folgenden werden nachstehende Symbole verwendet:

T,6 = Antriebsdrehmoment γ,6 = Übersetzungsverhältnis eines vorderen und eines hinteren Achsantriebsrades wF,6 = Vorderrad-Drehzahl wR,6 = Hinterrad-Drehzahl w 1,6 = Drehzahl der Vorderrad-Antriebswelle 11 w 2,6 = Drehzahl der Hinterrad-Antriebswelle 15 wo,6 = Antriebsdrehzahl.

Weiterhin wird von folgenden Beziehungen ausgegangen: Das Übersetzungsverhältnis beim Zahnrad 21 hat den Wert 1, das Übersetzungsverhältnis beim Zahnrad 22 hat den Wert K;

w 1 ,6 = γ · wF w 2 ,6 = γ · wR und wo ,6 = (w 1 + w 2)/2.

Wenn weiterhin w 3 = Drehzahl der Trommel 24 b, und wenn K = w 3/w 2≦ωτ1, so wird w 3 kleiner als w 2(w 1).

Dementsprechend wird ein Drehmoment von der Trommel 24 b auf die Scheiben 24 a in Bremsrichtung übertragen, und es wird ein Drehmoment von den Scheiben auf die Trommel in Antriebsrichtung übertragen.

Da das Drehmoment an der Vorderrad-Antriebswelle 11 den Wert T/2-Tc hat, ist das Vorderrad-Drehmoment gegeben durch TF = γ(T/2-Tc). Da das Drehmoment der Hinterrad-Antriebswelle 15 gegeben ist durch T/2 + K × Tc, ist das Hinterrad- Drehmoment gegeben durch TR = γ(T/2 + K × Tc). Somit nimmt das Drehmoment TF bei einer Zunahme des Drehmomentes Tc ab, und das Drehmoment TR nimmt bei einer Zunahme des Drehmomentes Tc zu, wie es in Fig. 3a graphisch dargestellt ist.

Das Verteilungsverhältnis RF für die Vorderräder läßt sich folgendermaßen ausdrücken:

RF ,6 = TF / (TF + TR) ,6=1/{1 + (T/2 + K × Tc) / (T/2-tc)}

Dementsprechend wird das Drehmoment Tc berechnet, um ein vorgegebenes Verteilungsverhältnis RF in Bezug auf das Antriebsdrehmoment T zu erzeugen, und der Druck des Öls in der Kupplung wird durch das Kupplungsdrehmoment Tc bestimmt.

Wenn die Übersetzungsverhältnisse an den Zahnrädern 21 und 22 entgegengesetzt zur oben beschriebenen Relation vorgegeben werden, wird das Drehmoment-Verteilungsverhältnis RF für die Vorderräder größer als für die Hinterräder.

Im folgenden wird auf Fig. 4 Bezug genommen, die eine andere Ausführungsform des Kraftübertragungssystems zeigt. Dabei sind gleiche oder entsprechende Komponenten wie beim System gemäß Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Das Kraftübertragungssystem weist ein Paar von Schaltgetriebezahnrädern 33, 34, 33 a und 34 a sowie eine Synchronisiereinrichtung 35 als Umschaltkupplung zusätzlich zu dem oben beschriebenen System gemäß Fig. 1 auf. Das Übersetzungsverhältnis der Zahnräder 21 und 21 a ist mit GF bezeichnet. Das Übersetzungsverhältnis der Zahnräder 33 und 33 a ist mit GR 1 bezeichnet, und das Übersetzungsverhältnis der Zahnräder 34 und 34 a ist mit GR 2 bezeichnet. Diese Übersetzungsverhältnisse GF, GR 1 und GR 2 sind folgendermaßen gewählt:

GF ≦ωτGR 1
GF ≦λτ GR 2.

Die Zahnräder 33 a und 34 a sind drehbar auf einer Zylinderwelle 36 montiert, die sich von der Trommel 24 b der Ölkupplung 24 ausgehend erstreckt. Die Synchronisiereinrichtung 35 hat eine Nabe 37, die an der Welle 36 befestigt ist, und eine Büchse 38, die wahlweise mit Keilverbindungen 39 und 40 der Zahnräder 33 a und 34 a in Eingriff kommt, um betriebsmäßig eines der Zahnräder mit der Welle 36 einzurücken.

Das Kraftübertragungssystem gemäß Fig. 4 ist außerdem mit einem Fahrzeuggeschwindigkeits-Meßfühler 41 und einer Betätigungseinrichtung 44 versehen, die betriebsmäßig mit der Büchse 38 über einen Hebel 45 verbunden ist.

Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit höher ist als ein vorgegebener Wert, so erzeugt eine Steuereinheit 28 ein Signal, um die Betätigungseinrichtung 44 zu betätigen, um die Büchse 38 mit der Keilverbindung 39 in Eingriff zu bringen. Dementsprechend kommt das Zahnrad 33 a über die Synchronisiereinrichtung 35 mit der Welle 36 in Eingriff. Da das Übersetzungsverhältnis GF an den Zahnrädern 21 und 21 a kleiner ist als das Übersetzungsverhältnis GR 1 der Zahnräder 33 und 33 a, ist das Verteilerverhältnis RF für die Vorderräder kleiner als für die Hinterräder, was die gleiche Situation im Betrieb wie bei dem System gemäß Fig. 1 ergibt.

Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter den vorgegebenen Wert abnimmt, so wird die Betätigungseinrichtung 44 betätigt und arbeitet in der Weise, daß die Büchse 38 mit der Keilverbindung 40 eingerückt wird, so daß das Zahnrad 34 a mit der Welle 36 in Eingriff kommt. Da das Übersetzungsverhältnis GF größer ist als das Übersetzungsverhältnis GR 2 der Zahnräder 34 und 34 a, wird das Verteilungsverhältnis RF für die Vorderräder größer als für die Hinterräder.

Im folgenden wird auf Fig. 5 Bezug genommen, die eine weitere Ausführungsform des Kraftübertragungssystems zeigt; dabei sind ein Motor E und ein Getriebe T in Längsrichtung am Fahrzeug montiert. Die Kurbelwelle des Motors ist betriebsmäßig mit einem Untergetriebe 54 über eine Kupplung 52 und eine Welle 53 verbunden. Das Untergetriebe 54 hat einen Untersetzungs- Getriebezug 56 und eine Kupplung 57, um selektiv die Welle 53 und den Getriebezug 56 mit einer Antriebswelle 55 zu koppeln. Ein Hauptgetriebe 58 weist Zahnräder 60 bis 64 für den ersten bis fünften Gang sowie Synchronisiereinrichtungen 65 bis 67 auf. Eine Abtriebswelle 59 ist zylindrisch ausgebildet und lagert drehbar in ihrem Innenraum eine Vorderrad-Antriebswelle 68. Die Vorderrad-Antriebswelle 68 ist betriebsmäßig mit einem vorderen Differential 69 verbunden, um die Vorderräder anzutreiben.

Die Abtriebswelle 59 ist mit Gelenkkreuzteilen 73 verbunden, die jeweils drehbar in einem Gehäuse 72 eines zentralen Differentials 70 gelagert sind. Ein Tellerrad 75 ist an der Vorderrad-Antriebswelle 68 befestigt, und ein weiteres Tellerrad 76 ist betriebsmäßig mit einer Hinterrad-Antriebswelle 78 über Zahnräder 77 und 77 a verbunden. Die Hinterrad-Antriebswelle 78 ist betriebsmäßig mit einem hinteren Differential 80 über eine Gelenkwelle 79 verbunden, um die Hinterräder anzutreiben.

Eine Fluidkupplung oder Ölkupplung 82 als Drehmomentverteiler ist auf der Welle 78 vorgesehen. Eine Trommel 82 b der Kupplung 82 ist mit der Vorderrad-Antriebswelle 68 über Zahnräder 81 und 81 a verbunden. Eine Vielzahl von Scheiben 82 a sind an der Welle 68 befestigt. Das Drehmoment-Verteilungsverhältnis RF wird bestimmt durch das Übersetzungsverhältnis GF der Zahnräder 81 und 81 a sowie das Übersetzungsverhältnis GR der Zahnräder 77 und 77 a.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform des Kraftübertragungssystems, wobei gleiche Baugruppen und Teile wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 5 bezeichnet sind. In dem Kraftübertragungssystem ist die Ölkupplung 82 auf der Vorderrad- Antriebswelle 68 vorgesehen und mit einer Vielzahl von Scheiben 82 a versehen. Die Trommel 82 b ist mit einem Wellenteil 72 a des zentralen Differentials 71 verbunden.

Das Übersetzungsverhältnis GR der Zahnräder 77 und 77 a wird beispielsweise auf einen größeren Wert als 1 gesetzt (GR≦λτ1). Dementsprechend tritt eine Differenz zwischen den Drehzahlen der Tellerräder 75 und 76 auf, so daß die Drehzahl der Scheiben 82 a höher ist als die der Trommel 82 b. Somit ist das Verteilungsverhältnis GF kleiner als für die Hinterräder.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform des Kraftübertragungssystems. Dabei ist die Ölkupplung 82 auf einer Welle 76 a des Tellerrades 76 für die Hinterrad-Antriebswelle 78 vorgesehen. Die Welle 76 a ist in die Ölkupplung 82 eingesetzt und hat eine Vielzahl von Scheiben 82 a. Die Welle 76 a ist mit der Hinterrad-Antriebswelle 78 über Zahnräder 87 a und 87 b verbunden. Das Übersetzungsverhältnis GR der Zahnräder 87 a und 87 b wird auf einen Wert gesetzt, der von Null verschieden ist. Beispielsweise ist GR kleiner als 1, wobei die Anzahl der Zähne des Zahnrades 87 a größer ist als die Anzahl der Zähne des Zahnrades 87 b. Das Kraftübertragungssystem hat eine Drehmomentverteilungs-Einstelleinrichtung 85 zur Steuerung des Öldruckes in der Kupplung 82, um das Kupplungsdrehmoment Tc zu verändern.

Das Antriebsdrehmoment des zentralen Differentials 71 läßt sich ausdrücken als T + Tc, wobei T das Abtriebsdrehmoment des Getriebes ist.

Dementsprechend ist das Abtriebsdrehmoment TF für die Vorderräder gegeben durch nachstehende Beziehung:

TF = 1/2 (T + Tc).

Das Abtriebsdrehmoment TR läßt sich folgendermaßen ausdrücken:

TR ,6 = {1/2 (T + Tc) - Tc} × a/b ,6= 1/2 × a/b (T - Tc),

wobei
a = Anzahl der Zähne des Zahnrades 87 a
b = Anzahl der Zähne des Zahnrades 87 b.

Auf diese Weise kann die Drehmomentverteilung in der Weise variiert werden, wie es Fig. 8a zeigt, während Fig. 8b den Zusammenhang zwischen dem Kupplungsdrehmont und dem Druck des Kupplungsfluids zeigt.

Claims

1. Kraftübertragungssystem für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb, bei dem die Kraft eines Motors über ein zentrales Differential auf die Vorderräder und die Hinterräder übertragen wird, gekennzeichnet durch
einen Drehmomentverteiler (20), der mit einer Kupplung (24, 82) ausgerüstet ist, um das auf die Vorderräder und die Hinterräder übertragene Drehmoment zu ändern, und
eine Steuerung (25-27, 28, 85), um die Kupplung (24, 82) wirksam zu machen.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (24, 82) eine Ölhydraulikkupplung (24, 82) mit einander gegenüberliegenden Scheiben (24 a, 24 c; 82 a) ist, die so arbeitet, daß sie ein Drehmoment durch die Differenz zwischen den Drehzahlen der einander gegenüberliegenden Scheiben (24 a, 24 c; 82 a) überträgt.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (24, 82) zwischen den beiden Tellerrädern (9, 10; 75, 76) des zentralen Differentials (6, 70, 71) vorgesehen ist.

4. System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der gegenüberliegenden Scheiben (24 a, 24 c; 82 a) der Kupplung (24, 82) betriebsmäßig mit einem entsprechenden Tellerrad (9, 10; 75, 76) über einen Getriebezug verbunden ist.