DE3716775C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Drehmomentübertragungssystem für ein vierradgetriebenes Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Hauptan­ spruches.

Bei herkömmlichen vierradgetriebenen Fahrzeugen mit einem zentralen Differential - man bezeichnet dies als kontinuierlichen Allradantrieb - wirkt das zentrale Differential im Sinne einer gleichförmigen Verteilung des Maschinen-Drehmomentes auf die Vorder- und auf die Hinterräder.

Es ist bekannt, daß das Verteilungsverhältnis des Drehmomentes einen Einfluß auf das Fahrverhalten, das Lenkverhalten, die Stabilität und die Startcharakteristik des Fahrzeugs ausübt. Insbesondere dann, wenn die Verteilung auf die Vorderräder zunimmt, erzielt man eine hohe Kurvenstabilität bei hohen Kraftfahrzeuggeschwindigkeiten, wenn die Verteilung auf die Hinterräder zunimmt, wird die Lenkbarkeit des Fahrzeuges bei niedrigen Geschwindigkeiten verbessert. Bei herkömmlichen allradgetriebenen Fahrzeugen kann das Drehmomentverteilungsverhältnis zwischen Vorder- und Hinterrädern nicht verändert werden.

Aus der DE-OS 21 25 628 oder der AT-PS 3 02 823 sind Drehmomentübertragungssysteme der eingangs genannten Art bekannt. Bei diesen Anordnungen gibt es jedoch nur verschiedene Schaltstellungen der Getriebe, eine steuerbare Einstellung der Drehmomentverteilung ist mit den bekannten Systemen nicht möglich.

Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Drehmomentübertragungssystem der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß eine Verteilung des Drehmomentverhältnisses auf die Vorder- und Hinterräder abhängig von den Fahrbedingungen einstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Kupplungseinheiten als fluidbetätigte Mehrscheibenkupplungen ausgebildet.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, die anhand von Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen

Fig. 1a und 1b schematische Darstellungen einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems;

Fig. 2 bis 4 schematische Darstellungen ähnlich der nach Fig. 1 von weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung.

Bei der nachfolgenden Beschreibung werden auch Betriebsweisen der Systeme beschrieben, woraus hervorgeht, daß sich die vorliegende Erfindung auch auf ein entsprechendes Verfahren bezieht.

In Fig. 1 ist ein Drehmomentübertragungssystem für ein vierradgetriebenes Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Ein Motor 1 ist in Längsrichtung in einem Kraftfahrzeug, und zwar in dessen Frontabschnitt montiert und bildet so einen Durchgangs-Wellentyp. Das Übertragungssystem ist in einem Übertragungsgehäuse angeordnet und umfaßt eine Kupplung 2, ein Getriebe 4 und ein Verteilergetriebe 18. Das Getriebe 4 umfaßt eine Eingangswelle 3, eine rohrförmige Ausgangswelle 5, parallel zur Eingangswelle 3, vier Paare von Wechselrädern 6 bis 9 entsprechend einem ersten bis vierten Gang und Synchroneinrichtungen 10 und 11. Die Synchroneinrichtungen 10 und 11 sind zwischen den Wechselrädern 6 und 7 sowie den Wechselrädern 8 und 9 angeordnet. Das Rückwärtsrad 12, das auf der Eingangswelle 3 montiert ist, kämmt mit einem Rad 13, das auf einer Seite einer Hülse der Synchroneinrichtung 10 montiert ist und zwar über ein (nicht gezeigtes) Ritzel für den Rückwärtsgang.

Eine Vorderachsantriebswelle 14 ist in der Ausgangswelle 5 über ein Lager 16a drehbar gelagert. Ein Antriebsritzel 15 am Vorderende der Welle 14 kämmt mit einem Kegelrad 17 eines Frontdifferentials 16, um ein Drehmoment auf die Vorderräder zu übertragen.

In dem hinter dem Getriebe angeordneten Verteilergetriebe 18 ist parallel zur Vorderachsantriebswelle 14 eine Hinterachsantriebswelle 19 angeordnet. Die Hinterachsantriebswelle 19 ist über eine Welle 20 und ein Hinterachsdifferential 21 mit den Hinterrädern verbunden. Das Planetengetriebe 30 umfaßt ein Sonnenrad 31, ein Hohlrad 32 mit Innenverzahnung, Planetenräder 33, die mit dem Sonnenrad 31 und der Innenverzahnung des Hohlrades 32 kämmen und einen Planetenträger 34, auf dem die Planeten 33 sitzen. Ein erstes Zahnrad 35 ist an den Planetenträger 34 angeformt. Der Planetenträger 34 ist mit der Ausgangswelle 5, das Sonnenrad 31 ist mit einem zweiten Zahnrad 23a verbunden, das mit einem dritten Zahnrad 23 kämmt, welches fest auf der Hinterachsantriebswelle 19 sitzt. Das erste Zahnrad 35 kämmt mit einem vierten Zahnrad 24, das drehbar auf der Hinterachsantriebswelle 19 sitzt.

Um die Verteilung des Drehmomentes auf die Vorder- und Hinterräder zu steuern, oder den Differentialmechanismus der Planetengetriebeanordnung zu sperren, sind erste und zweite hydraulisch betätigte Mehrscheibenreibungskupplungen 40 und 45 an der Vorderachsantriebswelle 14 und an der Hinterachsantriebswelle 19 vorgesehen. Die erste Kupplung 40 umfaßt innere Scheiben 41, welche mit dem Hohlrad 32 des Planetengetriebes 30 verbunden sind, sowie bewegbare äußere Scheiben 41a, die an einer Trommel 42 sitzen, wobei weiterhin eine Druckkammer 40a und eine Feder 42a vorgesehen sind. Die Trommel 41 ist mit der Vorderachsantriebswelle 14 verbunden. Die zweite Kupplung 45 umfaßt bewegbare innere Scheiben 46, die mit dem Zahnrad 24 verbunden sind, eine Trommel 47 mit äußeren Scheiben 46a, die mit der Hinterachsantriebswelle 19 verbunden ist, sowie eine Druckkammer 45a und eine Feder 47a.

Das System zur Steuerung der Drehmomentverteilung umfaßt eine Steuereinheit 50, eine Ölpumpe 51, sowie ein erstes und ein zweites Steuerventil 52 bis 53. Die Steuerventile 52, 53 dienen dazu, den Kupplungen 40 und 45 Öl zuzuführen bzw. den Zustrom zu steuern. Die Steuereinheit 50 ist derart ausgebildet, daß eine den momentanen Fahrbedingungen entsprechende Drehmomentverteilung eingestellt wird. Ausgangssignale der Steuereinheit 50 werden den Ventilen 52 und 53 zugeführt, so daß dadurch der Druck in den Kupplungen 40 und 45 eingestellt wird. Weiterhin ist die Steuereinheit 50 mit (hier nicht gezeigten) Fühlern für die Geschwindigkeit und den Lenkwinkel verbunden, so daß die Fahrbedingungen der Steuereinheit 50 selbsttätig mitgeteilt werden. Darüber hinaus sind vom Fahrer zu betätigende Schaltorgane vorgesehen, z. B. um in schwierigem Gelände angepaßte Fahrbedingungen einstellen zu können.

Wenn sich das Fahrzeug im normalen Fahrzustand befindet, also in dem Zustand, in dem es zumeist betrieben wird, so gibt die Steuereinheit 50 entsprechende Signale ab und schließt die Steuerventile 52, 53, so daß der in den Kammern 40a und 46a vorliegende Druck abgesenkt wird. Dadurch rückt die erste Kupplung 40 ein, die zweite Kupplung 45 rückt aus und zwar über die Wirkung der Federn 42a bzw. 46a. Dementsprechend wird das Hohlrad 32 an die Vorderantriebswelle 14 gekoppelt.

Die Leistung des Motors 1 wird über das Getriebe 4 durch die Kupplung 2 und die Eingangswelle 3 sowie weiterhin durch den Planetenträger 34 des Planetengetriebes 30 und die Ausgangswelle 5 übertragen. Das Drehmoment wird auf die Vorderachsantriebswelle über die Planetenräder 33, das Hohlrad 32, die erste Kupplung 40, die Vorderachsantriebswelle 5 und das Vorderachsdifferential 16 übertragen. Das Drehmoment des Hohlrades 32 wird auf die Hinterräder über die Planetenräder 33, das Sonnenrad 31, die Zahnräder 23a, 23, die Hinterantriebswelle 19, die Welle 20 und das Hinterachsdifferential 21 übertragen. Die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den Vorder- und den Hinterrädern wird durch das Wandern der Planetenräder 33 um das Sonnenrad und in dem Hohlrad 32 kompensiert. In dieser Weise wirkt das Planetengetriebe 30 als zentrales Differential. Demzufolge wird ein kontinuierlicher Allradbetrieb mit zentralem Differential aufgebaut. Nachdem das Drehmoment auf die Vorder- und die Hinterräder über das Sonnenrad 31 bzw. das Hohlrad 32 übertragen wird, teilt sich das Drehmoment entsprechend dem Unterschied zwischen den Zahnverhältnissen des Sonnenrades 31 zum Hohlrad 32 auf (der Durchmesser des Hohlrades ist größer als derjenige des Sonnenrades). Demzufolge ist das auf die Vorderräder übertragene Drehmoment T_F größer als das auf die Hinterräder übertragene Drehmoment T_R (T_F ≦λτ T_R), wodurch die Lenkbarkeit beim Kurvenfahren des Kraftfahrzeuges verbessert wird.

Wenn der Öldruck in der ersten und der zweiten Kupplung 40, 50 steigt, so wird das von der ersten Kupplung 40 übertragene Drehmoment abgesenkt, das von der zweiten Kupplung 45 übertragene Drehmoment steigt. Nachdem das Drehmoment zusätzlich auf die Hinterachsantriebswelle 19 übertragen wird, steigt das auf die Hinterräder übertragene Drehmoment, wodurch wiederum das auf die Vorderräder übertragene Drehmoment sinkt.

Wenn das Kraftfahrzeug auf unebener Fahrbahn betrieben wird, so gibt die Steuereinheit 50 Sperrsignale ab, wodurch das Steuerventil 52 geöffnet und das Steuerventil 53 geschlossen wird. Zur selbsttätigen Einstellung kann hier z. B. ein Schlupf-Fühler vorgesehen sein, der den Schlupf zwischen Vorder- und Hinterrädern feststellt, oder aber ein "Zustandsdetektor" für die Straßenverhältnisse, z. B. ein Aufnehmer für vertikal wirkende Beschleunigungen. Auf diese Weise wird Öldruck der Kammer 47a der Kupplung 45 zugeführt, wodurch beide Kupplungen einrücken. Dementsprechend wird das Drehmoment der Ausgangswelle 5 über den Planetenradträger 34, die Planetenräder 33, das Hohlrad 32 und die Kupplung 40 auf die Vorderräder übertragen und direkt auf die Hinterräder über die Zahnräder 35, 24 und die Kupplung 45. Ein Teil des auf die Hinterräder übertragenen Drehmomentes wird über die Zahnräder 23, 23a, das Sonnenrad 31, die Planetenräder 33 und das Hohlrad 32 auf die Vorderräder übertragen. Nachdem die Durchmesser der Zahnräder 32, 35 und 24 im wesentlichen gleich sind, ist das Drehmoment T_F auf die Vorderräder im wesentlichen gleich dem Drehmoment T_R auf die Hinterräder (T_F ≈ T_R).

Wenn das Kraftfahrzeug bei niedriger oder mittlerer Geschwindigkeit um eine Kurve fährt, so werden beide Steuerventile geöffnet, so daß die Kupplung 40 ausrückt. Dementsprechend wird kein Drehmoment auf die Vorderräder übertragen, was wiederum die Lenkbarkeit des Kraftfahrzeuges verbessert.

Die Betriebsbedingungen für die Kupplungen zur Erzielung der oben erwähnten Drehmomentverteilungen sind in der folgenden Tabelle aufgezeigt.

Tabelle 1

Bei normaler Fahrt, die häufig benützt wird, wird keine der Kupplungen 40 und 45 mit Öldruck versorgt. Demzufolge wird der durch die Druckversorgung auftretende Energieverlust vermindert, die Normalbelastung der vorzusehenden Dichtungen usw. ist zudem gering.

Fig. 2 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Konstruktion des Drehmomentübertragungssystems dieselbe ist wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform, außer für die Anordnung der Planetengetriebeanordnung in der Übertragungsanordnung 18.

Bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist ein erstes Zahnrad 35a entsprechend dem ersten Zahnrad 35 bei der ersten bevorzugten Ausführungsform am Umfang des Hohlrades 32 ausgebildet. Der Durchmesser des ersten Rades 35a ist derselbe wie der des zweiten Zahnrades 23a. Die übrigen Teile der Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind dieselben wie die nach Fig. 1 und weisen dieselben Bezugsziffern auf. Die Wirkungsweise dieses Systems ist auch dieselbe wie die bei der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Vorteile dieser Anordnung in einem vereinfachten Aufbau liegen.

Bei der dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 3 erläutert wird, ist das Planetengetriebe 30 dasselbe wie das nach Fig. 2. Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform sind jedoch die zweiten und dritten Zahnräder 23a und 23 aus Fig. 2 nicht vorgesehen; die erste und die zweite Kupplung 40, 45 unterscheiden sich von denen nach Fig. 2 in Hinsicht auf ihre Konstruktion. Insbesondere umfaßt die erste Kupplung 40 bewegbare innere Scheiben 41b, äußere Scheiben 41c, eine Druckkammer 40b und eine Feder 42b. Die zweite Kupplung 45 umfaßt Scheiben 46b, bewegbare äußere Scheiben 46c und eine Öldruckkammer 45b, sowie eine Feder 47b.

Wenn das Kraftfahrzeug in normaler Betriebsweise fährt, so gibt die Steuereinheit 50 bei dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entsprechende Signale ab, um die Steuerventile 52 und 53 zu schließen, so daß der den Kammern 40b und 45b zugeführte Druck reduziert wird. Auf diese Weise rückt die erste Kupplung 40 aus, die zweite Kupplung 45 rückt ein.

Dementsprechend wird das Drehmoment auf die Vorderantriebsräder über den Planetenradträger 34, die Planetenräder 33, das Sonnenrad 31 und die Vorderachsantriebswelle 14 übertragen. Das Drehmoment wird außerdem auf die Hinterachsantriebswelle 19 über den Planetenradträger 34, die Planetenräder 33, das Hohlrad 32 und die Zahnräder 35a, 24 übertragen. Der Drehzahlunterschied zwischen den Vorder- und den Hinterrädern wird über das Planetenradgetriebe 30 aufgefangen, das als zentrales Differential arbeitet. Das Drehmoment wird in Übereinstimmung mit dem Übersetzungsverhältnis von Sonnenrad 31 und Hohlrad 32 übertragen. Demzufolge ist das auf die Vorderräder übertragene Drehmoment T_F geringer als das auf die Hinterräder übertragene Drehmoment T_R (T_F ≦ωτ T_R).

Wenn das Kraftfahrzeug auf schlechter Straße betrieben wird, so gibt die Steuereinheit 50 Sperrsignale ab, wodurch das Steuerventil 52 geschlossen, das Steuerventil 53 geöffnet wird. Dadurch wird der Kammer 40b der Kupplung 40 Öldruck zugeführt, so daß beide Kupplungen einrücken. Dementsprechend wird das Drehmoment der Ausgangswelle 5 auf die Vorderräder über den Planetenradträger 34, die Planetenräder 33, das Hohlrad 32 und die Kupplung 40 übertragen, auf die Hinterräder gelangt das Drehmoment über die Zahnräder 35a, 24 und die Kupplung 45. Nachdem die Durchmesser der Zahnräder 32, 35a und 24 im wesentlichen gleich sind, ist auch das Drehmoment T_F der Vorderräder im wesentlichen gleich dem Drehmoment T_R der Hinterräder (T_F ≈ T_R).

Wenn das Kraftfahrzeug bei mittlerer oder niedriger Geschwindigkeit um Kurven fährt, so werden beide Steuerventile 52, 53 geöffnet, so daß die Kupplung 45 ausgerückt wird. Dementsprechend wird kein Drehmoment auf die Hinterräder übertragen, was die Lenkbarkeit des Kraftfahrzeuges verbessert.

Die Betriebsbedingungen der Kupplung für die oben erwähnten Drehmomentverteilungen sind in der nachfolgenden Tabelle gezeigt.

Tabelle II

Bei der vierten, in Fig. 4 gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Planetenradträger 34, der mit der Ausgangswelle 5 verbunden ist, mit den bewegbaren inneren Scheiben 41b der Kupplung 40 verbunden. Im übrigen entsprechen die Teile dieses Systems der dritten, in Fig. 3 gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Wirkungsweise des Systems nach Fig. 4 ist dieselbe wie die des Systems nach Fig. 3, wobei hier ein vereinfachter Aufbau erzielt werden kann.

Claims (2)

1. Drehmomentübertragungssystem für ein vierradgetriebenes Kraftfahrzeug mit einem Motor (1), einem Getriebe (4), einer Vorderachsantriebswelle (14) zum Übertragen des Drehmomentes des Getriebes (4) auf die Vorderräder, mit einer Hinterachsantriebswelle (19) zum Übertragen des Drehmomentes des Getriebes (4) auf die Hinterräder, mit einem Planetengetriebe (30) mit zwei Getriebeausgangsteilen, nämlich einem Hohlrad (32) und einem Sonnenrad (31) und mit einem Planetenradträger (34), der an eine Ausgangswelle (5) des Getriebes (4) gekoppelt ist, wobei das Planetengetriebe (30) ein Drehmoment von den Getriebeausgangsteilen zur Vorderachsantriebswelle (14) bzw. zur Hinterachsantriebswelle (19) überträgt, und mit zwei Kupplungseinheiten (40, 45), von denen eine erste zwischen dem Hohlrad (32) und der Vorder- oder Hinterachsantriebswelle (14, 19) sitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kupplungseinheit (40, 45) entweder zwischen dem Hohlrad (32) und dem Sonnenrad (31), oder zwischen dem Planetenträger (34) und dem Sonnenrad (31) angeordnet ist; und daß Steuermittel (50, 53) zum Steuern der Kupplungseinheiten (40, 45) derart vorgesehen sind, daß die Kupplungseinheiten (40, 45) eine kontinuierlich einstellbare Verteilung des Getriebe- Ausgangsdrehmomentes zwischen den Vorder- und den Hinterrädern sicherstellen.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinheiten fluidbetätigte Mehrscheibenkupplungen (40, 45) umfassen.