DE4243926A1 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft allgemein eine Drehmoment-Über
tragungsvorrichtung und inbesondere ein Drehmoment-
Übertragungsgehäuse für Fahrzeuge, z. B. für vierrad
getriebene Fahrzeuge, mit einer Kupplung, um die Über
tragungsvorrichtung auf Vierradantrieb zu schalten.
Vierrad-Antriebssysteme für Fahrzeuge werden zunehmend
verwendet wegen der besseren Traktion-Fähigkeiten bei
schlechtem Wetter oder abseits der Straße gegenüber Zwei
radsystemen. Solche Vierradsysteme haben allgemein ein
Drehmoment-Übertragungsgehäuse, das entweder mit oder
separat vom Hauptgetriebe ausgebildet sein kann. Das
Drehmoment-Übertragungsgehäuse kann eine Eingangswelle
aufweisen, die mit der Ausgangswelle des Hauptgetriebes
verbunden ist, ferner eine hintere Ausgangswelle zum
Antrieb der hinteren Fahrzeugräder, eine vordere Ausgangs
welle zum Antrieb der vorderen Fahrzeugräder sowie Ein
richtungen, um die Eingangswelle mit der vorderen und
der hinteren Ausgangswelle zu koppeln.
Bei einem Vierradsystem, das als zeitweiliges Vierradsystem
bekannt ist, ist eine direkte Antriebsverbindung zwischen
der vorderen und der hinteren Ausgangswelle des Übertra
gungsgehäuses vorhanden. Diese direkte Antriebsverbindung
ermöglicht jedoch keine unterschiedlichen Drehzahlen bei
Vorderrädern und Hinterrädern, die auftreten können, wenn
das Fahrzeug wendet oder eine Kurve fährt. Dieses bekannte
Vierradsystem ist daher nur zeitweilig in Benutzung, z. B.
bei schlechten Straßenbedingungen, z. B. bei nassem oder
schneebedecktem Straßenbelag, die eine höhere Traktion
erfordern. Wenn das Fahrzeug unter diesen Bedingungen
eine Kurve fährt, ermöglicht die geringere Reibung an
der Straßenoberfläche einen begrenzten Schlupf zwischen
den etwas schneller laufenden Vorderrädern und der
Straßenoberfläche. Wenn andererseits ein solches Fahrzeug
auf einer Straße mit hoher Reibung wendet, z. B. bei
trockenem Belag, führt dies zum Rattern oder Hüpfen der
Vorderräder.
Einige Fahrzeuge sind mit einem ständigen Vierradantrieb
versehen, der ständig bei allen Antriebsbedingungen in
Eingriff ist. Bei diesem System, das als Allradantrieb be
kannt ist, ist das Übertragungsgehäuse allgemein mit einem
Zwischenachsen-Differential versehen, um das Drehmoment
zwischen dem vorderen und dem hinteren Differential des
Fahrzeuges aufzuteilen. Das Zwischenachsen-Differential
paßt die vorderen und hinteren Raddrehzahlen an, wenn
das Fahrzeug eine Kurve fährt und ermöglicht es damit, daß
das System ständig bei allen Betriebsbedingungen in Ein
griff ist. Um einen übermäßigen Schlupf zwischen Vorder
rädern und Hinterrädern zu verhindern, ist das Transfer
gehäuse mit einer selektiv einschaltbaren Kupplung ver
sehen, durch welche das Zwischenachsen-Differential ge
sperrt werden kann, wenn ein vorgegebener Schlupf zwischen
der vorderen und der hinteren Ausgangswelle des Übertra
gungsgehäuses gemessen wird.
Die Erfindung betrifft somit ein Übertragungsgehäuse für
Vierradantrieb, das eine mehrscheibige Reibungskupplung
aufweist, durch welche der Eingriff einer Kupplung ge
steuert werden kann zwischen einem Zweiradantrieb, einem
automatischen Vierradantrieb (das heißt Vierradantrieb
bei Bedarf), und einem zeitweiligen Vierradantrieb.
Nach der Erfindung wird hierzu ein Planetenradgetriebe
als Drehmomentverstärker verwendet, um die normalen Dreh
moment-Anforderungen an die Kupplung zu reduzieren.
Das Übertragungsgehäuse hat eine Eingangswelle, um einer
hinteren Ausgangswelle direkt ein Drehmoment zuführen zu
können, die ihrerseits die Hinterräder des Fahrzeuges
antreibt. In einigen Ausführungsformen ist ein Reduzierge
triebe zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle
eingebaut, um Betriebsbereiche mit hohen und niedrigen
Drehzahlen zu ermöglichen. Das Übertragungsgehäuse hat
ferner eine vordere Ausgangswelle zur Verbindung mit den
Vorderrädern des Fahrzeuges. Eine elektromagnetische, mehr
scheibige Reibungskupplung ist zwischen der hinteren Aus
gangswelle und der vorderen Ausgangswelle eingebaut, und
sie wird betätigt, wenn es erwünscht ist, das Übertragungs
gehäuse auf Vierradantrieb umzuschalten. Nach der Erfindung
ist ein Planetengetriebe zwischen der hinteren Ausgangs
welle und der mehrscheibigen Kupplung zwischengeschaltet,
das als Drehmoment-Vervielfacher dient, um die Gesamtdreh
moment-Anforderungen an die Kupplung zu reduzieren.
Das Planetenradgetriebe hat ein Sonnenrad, einen Planeten
träger, einen Zahnring und eine Mehrzahl von Planetenrä
dern, die vom Planetenträger getragen sind und in Eingriff
zwischen und mit dem Sonnenrad und dem Zahnring stehen.
Der Planetenträger ist zur Drehung mit der hinteren Ausgangs
welle verbunden, und der Zahnring treibt die vordere Aus
gangswelle an. Die Reibungskupplung hat eine erste Mehr
zahl von Scheiben zur Drehung mit dem Sonnenrad und eine
zweite Mehrzahl von Scheiben zur Drehung mit dem Zahnring.
Ein Elektromagnet dient dazu, selektiv die Kupplungsscheiben
gegeneinander zu drücken, um dadurch eine Drehung zwischen
dem Planetenträger und dem Zahnring zu unterbinden.
Dies führt zu einer Übertragung eines Teils des Eingangs-
Drehmomentes zur vorderen Ausgangswelle, um die Vorderräder
des Fahrzeuges anzutreiben. Abhängig von den speziellen
Betriebsparametern des Fahrzeuges kann das Übertragungsge
häuse betrieben werden in einer automatischen Betriebs
weise, bei welcher die elektromagnetische Kupplung mo
duliert werden kann, um die Stärke des Drehmomentes zu
steuern, das an die Vorderräder gegeben wird.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird
nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der
Fig. 1 in Draufsicht schematisch ein
Vierradantriebssystem zeigt mit
einem elektronisch gesteuerten
Übertragungsgehäuse nach der Er
findung.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Darstellung
der inneren Komponenten des Über
tragungsgehäuses nach Fig. 1.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch das Über
tragungsgehäuse nach Fig. 1.
Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug-Vierradsystem mit einem Drehmo
ment-Übertragungsgehäuse nach der Erfindung. Wie die Figur
zeigt, ist ein Übertragungsgehäuse 10 an der Rückseite
eines Hauptgetriebes 12 (strichpunktiert dargestellt) be
festigt, das seinerseits mit einem Antriebsmotor 14 (eben
falls gestrichelt dargestellt) gekoppelt ist. Das Getriebe
12 ist mit einer Ausgangswelle versehen, die mit einer
Eingangswelle des Übertragungsgehäuses 10 gekoppelt ist.
Das letztere hat eine hintere Ausgangswelle, die bei 16
mit einer hinteren Antriebswelle 20 verbunden ist, die
ihrerseits mit einem hinteren Differential verbunden ist.
Das hintere Differential 18, das ein Differential mit be
grenztem Schlupf sein kann, teilt das Drehmoment von der
Antriebswelle 20 auf, auf die Hinterräder 21 und 22.
Das Übertragungsgehäuse 10 ist ferner mit einer vorderen
Ausgangswelle versehen, die bei 23 mit einer vorderen
Antriebswelle 25 verbunden ist, die ihrerseits mit einem
vorderen Differential 24 gekoppelt ist. Das vordere Dif
ferential 24, das ebenfalls eines mit begrenztem Schlupf
sein kann, teilt das von der vorderen Antriebswelle 25
aufgenommene Drehmoment auf, auf die vorderen Achsen 26
und 27, die mit den Vorderrädern 28 und 29 des Fahrzeuges
verbunden sind, und zwar mittels automatischer Nabensper
ren 30 und 31. Die Nabensperren können vakuum-betätigt
sein.
Wie Fig. 1 ferner zeigt, sind gestrichelt dargestellte
elektrische Verbindungen vorgesehen zu einer elektronischen
Steuerung 32 auf Mikroprozessor-Basis. Das Übertragungs
gehäuse kann in verschiedener Betriebsweise betätigt wer
den, die durch den Fahrer mittels Steuerschalter 33 und
34 gewählt werden kann, die im Innern des Fahrzeuges inner
halb bequemer Reichweite des Fahrers liegen. Der eine
Schalter 33 dient zum Schalten des Übertragungsgehäuses
zwischen einem hohen Bereich, neutraler Stellung und einem
tiefen Bereich, während der zweite Schalter 34 es dem
Fahrer erlaubt, zwischen drei verschiedenen Betriebs
bedingungen zu wählen, nämlich Zweiradantrieb, Vierrad
antrieb bei Bedarf und zeitweiliger Vierradantrieb.
Jeder Schalter kann drei separate Zustands-Lampen aufweisen,
um dem Fahrer visuell die momentane Betriebsweise anzu
zeigen. Ferner, wenn eine Änderung der Betriebsweise vor
genommen wird, z. B. in einen anderen Bereich umgeschaltet
wird, kann die entsprechende Lampe blinken, bis der Schalt
vorgang vollendet ist. Die Steuerung steuert das Übertra
gungsgehäuse wie noch erläutert wird, darüber hinaus er
zeugt sie aber auch Aktivierungssignale und gibt diese an
die Nabensperren 30 und 31, wenn ein zeitweiliger Vierrad
antrieb oder ein Vierradantrieb nach Bedarf gewählt wird.
Um die gewünschte Steuerung des Übertragungsgehäuses und
der Nabensperren 30 und 31 durchführen zu können, empfängt
die Steuerung 32 eine Mehrzahl von Eingangssignalen. Die
Steuerung 32 empfängt Signale, welche die individuellen
Vorderraddrehzahlen wiedergeben von separaten Drehzahl
sensoren 35 und 36, ferner ein Signal, das die durchschnitt
liche Hinterraddrehzahl wiedergibt (Fahrzeugstraßenge
schwindigkeit) von einem einzigen hinteren Drehzahlsensor
37, der am hinteren Differential 18 oder alternativ im
Übertragungsgehäuse 10 eingebaut ist. Die Drehzahlsensoren
35, 36 und 37 können Teil einer ABS-Steuerung (Antibrems
system) sein, oder sie können allein zur Verwendung bei
der Steuerung des Übertragungsgehäuses vorgesehen sein.
Die beiden vorderen Sensoren werden vorteilhafterweise bei
der automatischen Betriebsweise verwendet, zur Bestimmung
des Front-Lenkwinkels, der in Verbindung mit der Fahrzeug
straßengeschwindigkeit dazu dient, die akzeptable Schlupf
Schwelle der Hinterräder zu bestimmen.
In einigen Situationen können die beiden vorderen Sensoren
35 und 36 ersetzt werden durch einen einzigen vorderen
Drehzahlsensor, der im Transfergehäuse untergebracht ist
und dann, wenn gewünscht, kann die Lenkwinkelinformation
von einer anderen Quelle (z. B. dem Lenkgetriebe) erhalten
werden.
Die Steuerung 32 empfängt ferner ein Zustands-Signal vom
Getriebe 12, welches die Steuerung informiert, wenn das
Hauptgetriebe sich in neutraler Betriebsweise befindet.
Das System erlaubt nur eine Schaltung zwischen hohem und
tiefem Betriebsbereich bei Vierradantrieb und neutraler
Betriebsweise, wenn sich das Getriebe 12 in neutraler Stel
lung befindet. Die Steuerung empfängt ferner ein Brems-
Zustands-Signal vom Fahrzeugbremssystem, welches anzeigt,
wenn ein Bremspedal 38 betätigt worden ist. Die Steuerung
32 kann ferner ein Zustands-Signal an eine ABS-Steuerung
39 abgeben, um anzuzeigen, wenn das System im hohen oder
tiefen Vierradantriebsbereich arbeitet.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Diagramm der inneren Kompo
nenten des Übertragungsgehäuses 10 nach Fig. 1. Wie
Fig. 2 zeigt, hat das Übertragungsgehäuse 10 eine Eingangs
welle 43, die mit der Ausgangswelle des Fahrzeuggetriebes
12 (Fig. 1) gekoppelt ist, ferner eine hintere Ausgangs
welle 44 zur Verbindung mit der hinteren Antriebswelle 20,
und eine im Winkel verlaufende vordere Ausgangswelle 45
zur Verbindung mit der vorderen Antriebswelle 25.
Die Eingangswelle 43 ist drehbar am vorderen Ende eines
Gehäuses 46 gelagert und umfaßt ein Sonnenrad 47, das
einen Teil eines Planetenreduziergetriebes bildet, das
allgemein mit 48 bezeichnet ist, und dazu dient, den
unteren Übersetzungsbereich zu erreichen. Das Planetenge
triebe 48 hat einen Zahnring 49, der relativ zum Gehäuse
46 ortsfest ist, ferner eine Mehrzahl von Planetenrädern
51, die in Umfangsrichtung beabstandet und einzeln dreh
bar von einem Planetenträger 52 abgestützt sind. Die hin
tere Ausgangswelle 44 erstreckt sich nach vorn in das Ge
häuse 50 und trägt an ihrem vorderen Ende eine axial be
wegliche Bereichs-Schaltmuffe 53, die eine Außenverzahnung
54 hat zum Eingriff entweder mit einer Innenverzahnung 55,
die mit der Eingangswelle 43 verbunden ist, oder mit einer
Innenverzahnung 56, die mit dem Planetenträger 52 verbun
den ist. Bei Verbindung mit der Eingangswelle 43, wie ober
halb der Achse A-A in Fig. 2 gezeigt ist, besteht eine
direkte Antriebsverbindung zwischen der Eingangswelle 43
und der hinteren Ausgangswelle 44, wodurch der hohe Dreh
zahlbereich bestimmt ist. Bei Verbindung mit dem Planeten
träger 52, wie unterhalb der Achse A-A dargestellt ist,
bewirkt das Planetengetriebe 48 eine vorgegebene Übersetzungs
reduzierung, wodurch der untere Drehzahlbereich bestimmt ist.
In einer Zwischenlage (nicht gezeigt) zwischen der Ein
gangswellenverzahnung 55 und der Planetenträgerverzahnung
56 befindet sich das Übertragungsgehäuse in neutraler Stel
lung. Ein Bereichsschalter, der allgemein durch einen Block
41 dargestellt ist, wird benutzt, um die axiale Bewegung
der Schaltmuffe 53 zwischen unterem Bereich, neutraler Stel
lung und oberem Bereich zu bewirken. Bei elektrischer Be
tätigung wird der Schalter 41 angekoppelt, um Steuersig
nale von der Steuerung 32 zu halten, und in einigen Fäl
len eine Rückkopplungsinformation an die Steuerung zu geben.
Ein erstes Kettenrad 62 ist drehbar auf dem zentralen Ab
schnitt der hinteren Ausgangswelle 44 gelagert, und es
treibt über eine Kette 63 ein zweites Kettenrad 64, das
drehbar im Gehäuse 46 gelagert ist, und dieses treibt
die im Winkel verlaufende vordere Ausgangswelle 43 über
ein Konstantgeschwindigkeits-Universalgelenk 65.
Eine mehrscheibige Kupplungspackung 66 ist zwischen der
Eingangswelle und dem ersten Kettenrad 62 gekoppelt, um
den Drehmomenteingang zur vorderen Ausgangswelle zu steuern.
Nach der Erfindung ist ein Planetenradgetriebe 67 vorge
sehen, um die Kupplung zwischen der hinteren Ausgangs
welle 44 und der vorderen Ausgangswelle 45 einzukuppeln.
Das Planetengetriebe arbeitet als Drehmoment-Vervielfacher,
wodurch es ermöglicht wird, die Gesamtdrehmomentkapazität
der Kupplung wesentlich zu reduzieren.
Das Planetengetriebe hat einen Planetenträger 68, ein Sonnen
rad 69, einen Zahnring 71 und eine Mehrzahl von Planeten
rädern 72, die drehbar am Träger 68 gelagert sind und in
Eingriff zwischen dem Sonnenrad und dem Zahnring stehen.
Der Planetenträger 68 ist zur Drehung mit der hinteren
Ausgangswelle 44 verbunden. Das Sonnenrad 69 ist zur Drehung
mit einer ersten Gruppe von Kupplungsplatten 73 verbunden,
die axial beweglich, aber mittels einer Keilverbindung dreh
fest mit dem Sonnenrad 69 verbunden sind. Der Zahnring 71
ist zur Drehung mit einer zweiten Gruppe von Kupplungsplatten
74 verbunden, die ebenfalls axial beweglich sind. Durch ei
nen Elektromagneten 75 wird ein Vorspannmoment auf die Kupp
lung 66 aufgebracht, wobei der Magnet Steuersignale von
der Steuerung 32 erhält. Wenn gewünscht, kann die Kupplung
moduliert werden von Null auf die Kupplungskapazität, um
ein variables Ausgangsdrehmoment in der automatischen Betriebs
weise abzugeben.
In Betrieb, wenn der Elektromagnet 75 betätigt ist, entsteht
eine Reibung zwischen den Kupplungsplatten, und es wird ein
Drehmoment vom Planetenträger 68 auf den Zahnring 71 über
tragen unter einer Vervielfachung entsprechend derjenigen
der Planetenräder plus dem Drehmoment, das durch die Kupp
lungspackung übertragen wird. Die nachstehende Gleichung
gibt das Ausgangsdrehmoment wieder, das durch die Dreh
momentkapazität der Kupplung allein (Tc) gegeben ist:
Worin Nr die Zähnezahl des Zahnringes; Ns die Zähnezahl des
Sonnenrades und Np die Zähnezahl eines Planetenrades ist.
Fig. 3 zeigt im Schnitt das Übertragungsgehäuse, wie es
schematisch in Fig. 2 dargestellt ist. In Fig. 3 umfaßt
das Übertragungsgehäuse einen Bereichsschalter-Betätigungs
mechanismus 81, wie z. B. in dem US-Patent Nr. 50 45 036 be
schrieben. Das Transfergehäuse umfaßt ferner ein Konstant
geschwindigkeits-Universalgelenk 82, wie es beispielsweise
in der US-Patentanmeldung Nr. 07/4 80 101 vom 14. 2. 1990
beschrieben ist. Die Kupplung für Vierradantrieb und das
Planetengetriebe für die Drehmomentverstärkung, die allgemein
mit 83 bezeichnet sind, haben einen Aufbau, wie in Fig. 2
gezeigt.
Das Übertragungsgehäuse, wie es in den Fig. 2 und 3 dar
gestellt ist, ist nur ein Beispiel, bei welchem die Dreh
momentverstärkung nach der Erfindung verwendet wird. Die
Erfindung kann aber auch in anderen Fahrzeuggetrieben ver
wendet werden, bei denen das zwischen den einzelnen Teilen
übertragene Drehmoment gesteuert werden soll. Als Kupplung
ist eine elektromagnetisch betätigte Mehrscheibenkupplung
dargestellt, die Kupplung kann aber auch pneumatisch oder
hydraulisch betätigt sein, oder sie kann eine Kegelkupp
lung oder eine andere Friktions-Kupplung sein.
Claims (1)
- Drehmomentübertragungs-Vorrichtung für ein Fahr zeug, gekennzeichnet durch ein Übertragungsge häuse, eine Eingangswelle, die drehbar im Ge gehäuse gelagert ist, eine Ausgangswelle, die drehbar im Gehäuse gelagert ist, ein Planeten getriebe mit einem Sonnenrad, einem Planeten träger, einem Zahnring und einer Mehrzahl von Planetenrädern, die vom Planetenträger getragen sind und in Eingriff mit dem Sonnenrad und dem Zahnring stehen, ferner dadurch, daß der Planeten träger mit der Eingangswelle verbunden ist und der Zahnring zum Antrieb mit der Ausgangswelle gekoppelt ist sowie durch eine Kupplung, um se lektiv das Sonnenrad relativ zum Zahnring zu blockie ren, um eine Drehung des Planetenträgers relativ zum Zahnring zu sperren und dadurch ein Drehmoment auf die Ausgangswelle zu übertragen.
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Owner name: DANA AUTOMOTIVE SYSTEMS GROUP, LLC, TOLEDO, OH, US |
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