-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich allgemein auf Verteilergetriebe zur Verwendung in vierradgetriebenen
Fahrzeugen. Genauer bezieht sich die Erfindung auf ein Verteilergetriebe
mit einem synchronisiertem Bereichsschaltmechanismus für eine während des
Fahrens erfolgende Schaltung zwischen einem Hochbereichsantriebsmode
und einem Niederbereichsantriebsmode.
-
Der Antriebsstrang vieler Leichtnutzfahrzeuge
und Sportgebrauchsfahrzeuge enthält
ein Verteilergetriebe zum Übertragen
des Antriebsmoments auf alle vier Räder, wodurch ein Vierradantriebsmode erreicht
wird. Um an unterschiedliche Straßenoberflächen und Bedingungen anpaßbar zu
sein, sind einige Verteilergetriebe mit einer Getriebeuntersetzungseinheit
ausgerüstet,
die selektiv von dem Fahrzeugfahrer geschaltet werden kann, um den
Vierradhochbereichs- und Vierradniederbereichsmode einzurichten.
In vielen Fällen
muß das
Fahrzeug jedoch angehalten werden, bevor das Verteilergetriebe zwischen
seinem Vierradhochbereichsantriebsmode und Niederbereichsantriebsmode
geschaltet werden kann. Die Notwendigkeit, das Fahrzeug vor einer
solchen Bereichsschaltung anzuhalten, ist nachteilig, insbesondere
bei Straßenzuständen oder
Oberflächenbeschaffenheiten,
bei denen eine Fortdauer des Fahrzeugsfahrmoments die Überwindung
der schwierigen Bedingungen unterstützen würde. Einige Getriebeuntersetzungseinheiten
ermöglichen dem
Fahrer, von dem Vierradniederbereichsantriebsmode in den Vierradhochbereichsantriebsmode
zu schalten, ohne das Fahrzeug anzuhalten. Beispielsweise beschreibt
das US-Patent 5,054,335 ein Verteilergetriebe, das mit einer synchronisierten
Bereichsschaltanordnung für
eine während
des Fahrens erfolgende Schaltung einer Getriebeuntersetzungseinheit
mit Vorgelegewelle ausgerüstet
ist. Alternativ beschreibt das in gleichem Besitz befindliche US-Patent
5,346,442, von dem die Präambel
des Anspruchs 1 ausgeht, ein Verteilergetriebe mit einer synchronisierten
Bereichsschaltanordnung für
eine während
der Fahrt erfolgende Schaltung einer Untersetzungsgetriebeeinheit
in Planetenbauweise. Schließlich
beschreiben die US-Patente
4,569,252, 5,651,749, 5,655,986, 5,697,861 und 5,704867 mit Untersetzungsgetriebeeinheiten
in Planetenbauweise ausgerüstete
Verteilergetriebe, die ein synchronisiertes Schalten zwischen dem
Hochbereichs- und Niederbereichsantriebsmode ermöglichen. Somit besteht ein
Bedarf, synchronisierte Bereichsschaltsysteme zur Verwendung in
Vierradantriebsverteilergetrieben zu entwickeln, die die derzeitige
Technologie weiterentwickeln.
-
Erfindungsgemäß wird eine Planetengetriebebaugruppe
gemäß dem Anspruch
1 geschaffen.
-
Entsprechend der Erfindung ist die
Planetengetriebebaugruppe betriebsmäßig zwischen einem Eingangsbauteil
und einem Ausgangsbauteil angeordnet und enthält ein stationäres Ringrad,
ein drehbar an dem Eingangsbauteil befestigtes Sonnenrad und einen
Satz von Ritzeln, die in Zahneingriff mit dem Ringrad und dem Sonnenrad
sind und von einem Planetenträger
drehbar getragen werden. Der synchronisierte Bereichsschaltmechanismus
enthält eine
Bereichshülse,
die für
eine Drehung mit dem Ausgangsbauteil verbunden ist und zwischen
einer ersten und einer zweiten Bereichsstellung beweglich ist, um
eine entsprechende erste und zweite Antriebsverbindung zwischen
dem Eingangsbauteil und dem Ausgangsbauteil zu schaffen. Um die
erste Antriebsverbindung zu schaffen, wird die Bereichshülse in Eingriff
mit einem Kupplungsring bewegt, der für eine Drehung mit dem Eingangsbauteil
befestigt ist, wodurch das Ausgangsbauteil vom Eingangsbauteil mit
einer ersten Übersetzung
angetrieben wird, die den Hochübersetzungsantriebsmode
definiert. Um die zweite Antriebsverbindung einzurichten, wird die Bereichshülse in Eingriff
mit dem Planetenträger
bewegt, wodurch das Ausgangsbauteil vom Eingangsbauteil mit einer
zweiten Übersetzung
angetrieben wird, um den Niederübersetzungsantriebsmode
zu bilden. Die Bereichshülse
ist weiter in eine dritte Bereichsstellung betätigbar, in der sie von dem
Kupplungsring und von dem Planetenträger entkoppelt ist, um das
Ausgangsbauteil von dem Eingangsbauteil zu trennen und einen neutralen,
nicht angetriebenen Mode einzurichten.
-
Als ein zusätzliches Merkmal der Erfindung kann
das Verteilergetriebe mit einem Zwischenachsdifferential ausgerüstet sein,
um einen Vollzeitvienadantriebsmode zu schaffen. Als eine weitere
Option kann eine Vorspannkupplung vorgesehen sein, um Drehzahlunterschiede
zu begrenzen und die Drehmomentverteilung zwischen der vorderen
und der hinteren Ausgangswelle zu steuern.
-
Entsprechend einem weiteren Merkmal
kann das Verteilergetriebe mit einer Verteilerkupplung zum Verteilen
bzw. zum Übertragen
von Antriebsmoment bei Bedarf auf die normalerweise nicht angetriebenen
Räder bei
schlechten Traktionsbedingungen ausgerüstet sein.
-
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen
der Erfindung können
ein Verteilergetriebe für
ein vienadgetriebenes Fahrzeug mit einer Planetengetriebebaugruppe
und einem Bereichsschaltmechanismus schaffen, das selektiv betätigt werden
kann, um einen Vierradhochübersetzungsantriebsmode,
einen neutralen Mode und einen Vierradniederübersetzungsantriebsmode einzurichten.
-
In den nachfolgend beschriebenen
Ausführungsformen
der Erfindung enthält
der Bereichsschaltmechanismus Synchronisiereinrichtungen, die eine
während
des Fahrens erfolgende Schaltung des Verteilergetriebes zwischen
dem Vierradhochübersetzungs- und dem Niederübersetzungsantriebsmode
ermöglichen.
-
Zusätzliche Merkmale und Vorteile
der Erfindung werden aus dem Studium der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung klar, die anhand von nicht beschränkenden Beispielen unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen erfolgt, in denen zeigen:
-
1 einen
Antriebsstrang für
ein vienadgetriebenes Motorfahrzeug, das mit einem der erfindungsgemäßen Verteilergetriebe
ausgerüstet
ist;
-
2 eine
Schnittansicht eines Verteilergetriebes, das mit einer planetengetriebenen
Baugruppe und einem synchronisierten Bereichsschaltmechanismus entsprechend
der Erfindung ausgerüstet ist;
-
3 eine
Teilschnittansicht der Planetengetriebebaugruppe und des synchronisierten
Bereichsschaltmechanismus gemäß 2;
-
4 eine
schematische Darstellung eines Teils des Verteilergetriebes gemäß
2, das optional mit einem
Modekupplungsmechanismus ausgerüstet
ist;
-
5 eine
Tabelle, die die Antriebsmodes aufführt, die mit dem Verteilergetriebe
gemäß 4 verfügbar sind;
-
6 eine
schematische Darstellung eines Verteilergetriebes entsprechend einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung;
-
7 eine
schematische Darstellung einer modifizierten Version des Verteilergetriebes
gemäß 6;
-
8 eine
schematische Darstellung einer anderen modifizierten Version des
Verteilergetriebes gemäß 6 und
-
9 eine
schematische Darstellung einer modifizierten Version des Verteilergetriebes
gemäß 8
-
Insgesamt bezieht sich die Erfindung
auf eine Verteilergetriebebaugruppe und einen synchronisierten Bereichsschaltmechanismus,
der in einem Verteilergetriebe der Bauart eingebaut ist, wie sie
im Antriebsstrang eines vierradgetriebenen Fahrzeugs verwendet wird
und während
des Fahrens ein Schalten des Verteilergetriebes zwischen einem Niederüberstzuungsantriebsmode
und einem Hochübersetzungsantriebsmode
ermöglicht.
-
Unter Bezugnahme insbesondere auf 1 ist ein Antriebsstrang 10 für ein vierradgetriebenes Fahrzeug
dargestellt. Der Antriebsstrang 10 enthält einen vorderen Antriebsstrang 12 und
einen hinteren Antriebsstrang 14, die beide von einer Antriebsquelle her,
wie einem Motor 16, über
ein Getriebe 18 antreibbar sind, das ein manuelles oder
auch automatisches Getriebe sein kann. In der speziellen dargestellten
Ausführungsform
ist der Antriebsstrang 10 ein Vierradantriebssystem, das
ein Verteilergetriebe 20 zum Übertragen
des Antriebsmoments von dem Motor 16 und dem Getriebe 18 auf
den vorderen Antriebsstrang 12 und den hinteren Antriebsstrang 14 enthält. Der
vordere Antriebsstrang 12 enthält ein Paar Vorderräder 24,
die mit entgegengesetzten Enden einer Vorderachsbaugruppe 26 verbunden
sind, die ein vorderes Differential 28 hat, das mit einem Ende
einer vorderen Antriebswelle 30 verbunden ist, deren anderes
Ende mit einer vorderen Ausgangswelle 32 des Verteilergetriebes 20 verbunden
ist. Ähnlich enthält der hintere
Antriebsstrang 14 ein Paar Hinterräder 34, die mit entgegengesetzten
Enden einer Hinterachsbaugruppe 36 verbunden sind, die
ein hinteres Differential 38 aufweist, das mit einem Ende einer
hinteren Antriebswelle 40 verbunden ist, deren anderes
Ende mit einer hinteren Ausgangswelle 42 des Verteilergetriebes 20 verbunden
ist.
-
Das Verteilergetriebe 20 enthält eine
Gehäusebaugruppe 44 und
eine Eingangswelle 46, die von der Gehäusebaugruppe 44 drehbar
getragen wird. Die Eingangswelle 46 kann an eine Ausgangswelle (nicht
dargestellt) des Getriebes 18 angeschlossen werden, so
daß beide
von dem Motor 16 des Motorfahrzeugs drehangetrieben sind.
Die hintere Ausgangswelle 42 ist drehbar zwischen der Eingangswelle 46 und
dem Gehäuse 44 gelagert
bzw. gehalten, während
die vordere Ausgangswelle 32 von dem Gehäuse 44 drehbar
getragen wird. Das Verteilergetriebe 20 enthält weiter
eine Planetengetriebebaugruppe 48, einen synchronisierten
Bereichsschaltmechanismus 50 und ein Zwischenachsdifferential 52.
Die Planetengetriebebaugruppe 48 enthält ein an der Gehäusebaugruppe 44 befestigtes
Ringrad 54, ein für
eine Drehung mit der Eingangswelle 46 verbundenes Sonnenrad 56 und
einen Satz von Ritzeln 58, von denen jedes drehbar an einer
Ritzelwelle 60 gehalten ist und mit dem Sonnenrad 56 und
dem Ringrad 54 in Zahneingriff ist. Jede Ritzelwelle 60 erstreckt
sich zwischen einem vorderen Tragring 62 und einem hinteren
Tragring 64, die miteinander verbunden sind, um einen Planetenträger 66 zu
bilden.
-
Die Planetengetriebebaugruppe 48 funktioniert
als eine zweistufige Getriebeuntersetzungseinheit, die in Verbindung
mit einer Bereichskupplung 68 eines synchronisierten Bereichsschaltmechanismus 50 betätigbar ist,
um eine der ersten oder zweiten Antriebsverbindung zwischen der
Eingangswelle 46 und einer Trägerbaugruppe 70 eines
Zwischenachsdifferentials 52 einzurichten. Um die erste
Antriebsverbindung einzurichten, wird die Trägerbaugruppe 70 mittels
der Bereichskupplung 68 für eine gemeinsame Drehung mit
der Eingangswelle 46 gekuppelt. Auf diese Weise definiert
die erste Antriebsverbindung einen Hochübersetzungsantriebsmode, in
dem die Trägerbaugruppe 70 mit
einem ersten (d. h. direkten) Drehzahlverhältnis bezüglich der Ein gangswelle 46 angetrieben
wird. Ähnlich
wird die zweite Antriebsverbindung mittels der Bereichskupplung 68 eingerichtet,
die die Trägerbaugruppe 70 für eine gemeinsame
Drehung mit dem Planetenträger 66 kuppelt. Die
zweite Antriebsverbindung definiert einen Niederbereichsantriebsmode,
in dem die Trägerbaugruppe 70 mit
einer zweiten (d. h. verminderten) Drehzahl entsprechend der angetriebenen
Drehung der Eingangswelle 46 angetrieben wird. Ein Neutralmode
wird eingerichtet, wenn die Bereichskupplung 68 die Trägerbaugruppe 70 sowohl
von der Eingangswelle 46 als auch von dem Planetenträger 66 abkoppelt.
Wie im folgenden detailliert beschrieben, ist der synchronisierte
Bereichsschaltmechanismus 50 betätigbar, so daß das Verteilergetriebe 20 während der
Fahrt zwischen seinem Hochbereichs- und seinem Niederbereichsantriebsmode
umschaltbar ist.
-
Dies Zwischenachsdifferential 52 hat
die Funktion, einen Drehzahlunterschied zuzulassen und das Antriebsmoment
zwischen der vorderen Ausgangswelle 32 und der hinteren
Ausgangswelle 42 derart zu verteilen, daß ein differentieller
oder "Vollzeit" Vierradantriebsmode
eingerichtet wird. Wie detailliert beschrieben werden wird, wirkt
die Trägerbaugruppe 70,
wenn sie mit dem ersten oder dem zweiten Übersetzungsverhältnis angetrieben
wird, als Eingang zum Zwischenachsdifferential 52. Das Zwischendifferential 52 enthält weiter
einen Radsatz 72 mit Ausgängen, die mit der vorderen
Ausgangswelle 32 und der hinteren Ausgangswelle 42 verbunden
sind. Entsprechend der speziellen Ausführungsform gemäß 2 und 3 enthält der Radsatz 72 ein zweites
Sonnenrad 74, ein drittes Sonnenrad 76, einen
ersten Satz von Ritzeln 78 in Zahneingriff mit dem zweiten
Sonnenrad 74 und einen zweiten Satz von Ritzeln (nicht
dargestellt) in Zahneingriff mit dem dritten Sonnenrad 76.
Die Ritzel sind in miteinander in Zahneingriff befindlichen Paaren
innerhalb einer Kammer 80 angeordnet, die in der Trägerbaugruppe 70 ausgebildet
ist. Das zweite Sonnenrad 74 wirkt als ein erster Ausgang
und ist für
eine Drehung mit der hinteren Ausgangswelle 42 verbunden. Ähnlich wirkt das
dritte Sonnenrad 76 als ein zweiter Ausgang und ist für eine Drehung, über einen Übertragungs-
bzw. Verteilermechanismus 82, mit der vorderen Ausgangswelle 32 verbunden.
Der Verteilermechanismus 82 enthält ein Antriebkettenrad 84,
das drehbar von der hinteren Ausgangswelle 42 gehalten
ist, ein angetriebenes Kettenrad
86, das mit der vorderen Ausgangswelle 32 verbunden
ist und eine Leistungsübertragungseinrichtung,
wie eine Kette 86, die das angetriebene Kettenrad 86 mit
dem Antriebskettenrad 84 verbindet. Wenn erwünscht, kann
eine Zahnradanordnung anstelle der Kette 88 verwendet werden,
um das angetriebene Kettenrad 86 mit dem Antriebskettenrad 84 zu
verbinden. Das dritte Sonnenrad 76 ist an einer Verteilerwelle 90 befestigt,
die wiederum an dem Antriebskettenrad 84 befestigt oder
integral mit ihm ausgebildet ist. Entsprechend der speziellen dargestellten
Ausführungsform
ist das Differential 82 eine Vorrichtung mit begrenztem
Schlupf, die in der Lage ist, eine zu hohe Drehzahldifferenz zwischen
den Sonnenrädern 74 und 76 aufgrund
einer Schubbelastung und einer Reibbelastung, die von einem Radsatz 72 abhängig von
der Drehzahl der Differenz erzeugt wird, progressiv und automatisch
zu begrenzen. Es sei darauf hingewiesen, daß jede Art von herkömmlichem
offenem Differential oder Differential mit begrenztem Schlupf (Drehzahl und/oder
Drehmoment abhängig)
anstelle der speziellen dargestellten Konstruktion verwendet werden kann.
Die Trägerbaugruppe 70 definiert
ein Trommelgehäuse 92,
innerhalb dessen der Radsatz 72 gehalten ist und das zwischen
der hinteren Ausgangswelle 42 und der Verteilerwelle 90 drehbar
gehalten ist.
-
Weiter bezugnehmend auf 2 und 3 enthält der synchronisierte Bereichsschaltmechanismus 50 eine
Kupplungsnabe 54, die an einem Rohrsegment 96 der
Eingangswelle 46 drehbar gehalten ist, eine Kupplungsplatte
oder einen Ring 98, der mit einem ringförmigen Endsegment 100 der
Eingangswelle 46 verbunden ist, eine erste Synchronisierbaugruppe 102,
die zwischen der Kupplungsnabe 94 und dem Kupplungsring 98 angeordnet
ist, und eine zweite Synchronisierbaugruppe 104, die zwischen
der Nabe 94 und dem Tragring 64 angeordnet ist.
Der Tragring 64 ist an einem Rohrsegment 96 der
Eingangswelle 46 gelagert, wobei die Kupplungsnabe 94 axial
zwischen dem Endsegment 100 und dem Tragring 64 gehalten
ist. Die Bereichskupplung 68 ist eine Bereichshülse 106 mit
einem ersten Satz interner Kupplungszähne 112, die in konstantem
Zahneingriff mit externen Zähnen 114 gehalten
sind, die an der Kupplungsnabe 94 ausgebildet sind. Die
Bereichshülse 106 enthält weiter
einen zweiten Satz interner Kupplungszähne 108, die in konstantem
Zahneingriff mit externen Zähnen 110 gehalten
sind, die an dem Trommelgehäuse 92 des
Zwischenachsdifferentials 52 ausge bildet sind. Auf diese
Weise ist die Bereichshülse 106 für eine Drehung
mit dem Trommelgehäuse 92 und
der Kupplungsnabe 94 angebracht und für eine bidirektionale Verschiebebewegung
relativ dazu gehalten.
-
Wen die Bereichshülse 106 in ihrer neutralen Stellung
(bezeichnet durch die Positionslinie "N")
ist, ist der erste Satz von Kupplungszähnen 112 frei von einem
Zahneingriff mit Kupplungszähnen 116 an
dem Kupplungsring 98 und Kupplungszähnen 118 des hinteren
Tragrings 64. Die erste Synchronisierbaugruppe 102 ist
betätigbar,
um eine Drehzahlsynchronisation zwischen der Eingangswelle 46 und
der Tragbaugruppe 70 bei Bewegung der Bereichshülse 106 aus
der N-Stellung in die Hochbereichsstellung (bezeichnet durch die
Positionslinie "H") zu bewirken. Sobald
der Drehzahlsynchronisationsvorgang abgeschlossen ist, können die
Kupplungszähne 112 an der
Bereichshülse 106 sich
durch die Zähne
eines Blockierrings 120 und in Zahneingriff mit den Kupplungszähnen 116 an
dem vorderen Kupplungsring 98 bewegen. Entsprechend kuppelt
die Bereichshülse 106 in
ihrer H-Stellung das Trommelgehäuse 92 mit dem
Kupplungsring 98, so daß die Tragbaugruppe 70 des
Zwischenachsdifferentials 52 gekuppelt ist, um mit der
gleichen Drehzahl wie die Eingangswelle 46 zu drehen, um
die erste Antriebsverbindung zwischen ihnen einzurichten. Wenn die
erste Antriebsverbindung eingerichtet ist, ist somit ein Vollzeitvierradhochbereichsantriebsmode
eingerichtet.
-
Die zweite Synchronisierbaugruppe 104 ist betätigbar,
um eine Drehzahlsynchronisation zwischen der Bereichshülse 106 und
dem Planetenträger 66 bei
einer Bewegung der Bereichshülse 106 aus
ihrer N-Stellung in Richtung auf die Niederbereichsstellung (bezeichnet
durch die Positionslinie "L") zu bewirken. Sobald
die Drehzahlsynchronisation vollständig ist, bewegen sich die
Kupplungszähne 112 an
der Bereichshülse 106 durch
die Zähne
eines Blockierrings 122 in Zahneingriff mit den Kupplungszähnen 118 des
Tragrings 64. Wenn die Bereichshülse 106 in ihrer L-Stellung
positioniert ist, treibt das Sonnenrad 56 die Ritzel 58 um
das stationäre
Ringrad 54 an, so daß der
Planetenträger 66 und
die Trägerbaugruppe 70 mit
vermindertem Übersetzungsverhältnis relativ
zu der Eingangswelle 46 angetrieben werden, wodurch die
zweite An triebsverbindung und der Vollzeitvierradniederübersetzungsantriebsmode
eingerichtet sind. Wenn sich die Bereichshülse 106 in ihrer N-Stellung
befindet, wird kein Antriebsmoment auf die Trägerbaugruppe 70 übertragen,
wodurch der Neutralmode eingerichtet wird. Die Bereichshülse 106 ist
derart konstruiert, daß ihre Sätze von
Kupplungszähnen 108 und 112 einen
jeweiligen Eingriff mit den Zähnen 110 an
der Trommel 92 und den Zähnen 114 an der Kupplungsnabe 94 über die
gesamte Länge
der axialen Bewegung der Bereichshülse 106 zwischen ihrer
H- und L-Stellung aufrechterhalten.
-
Als Mittel zum Bewegen der Bereichshülse 106 zwischen
ihren drei Bereichsstellungen enthält das Verteilergetriebe 20 ein
Schaltsystem 126, das aus einer mit der Bereichshülse 106 verbundenen Bereichsgabel 128,
einem Stellantrieb 130 zum axialen Bewegen der Bereichsgabel 128 und
einer Modewahlbedieneinheit 132 für eine selektive Betätigung des
Stellantriebs 130 zusammengesetzt ist. Wie in 2 dargestellt, ist der Stellantrieb 130 eine
Getriebemotor/Kodierbaugruppe 134 mit einer drehbaren Ausgangsschraube 136,
die mit einem Außengewinde 138 ausgebildet
ist, das in Eingriff mit einem Innengewinde 140 ist, das
an einem Ende einer Sektorwelle 142 ausgebildet ist, deren
anderes Ende in einem Gehäusesockel 144 gehalten
ist. Die Bereichsgabel 128 ist an der Welle 142 derart
befestigt, daß eine
bidirektionale Drehung der Ausgangsschraube 136, die von
dem Stellantrieb 130 herbeigeführt wird, zu einer bidirektionalen
axialen Translationsbewegung der Welle 142 und der Bereichsgabel 128 führt, wodurch
die Bereichshülse 106 zwischen
ihren drei unterschiedlichen Bereichsstellungen bewegt wird. Die
Richtung und das Ausmaß der
Drehung der Ausgangsschraube 136 wird abhängig von
einem elektrischen Steuersignal gesteuert, das an die Getriebemotor/Kodierbaugruppe 134 gesendet
wird, wenn der Fahrzeugfahrer einen gewünschten Antriebsmode über Betätigung der
Modewahlbedieneinheit 132 auswählt. Der Fahrzeugfahrer kann
zwischen Allzeitvierradhochbereichs- und Niederbereichsantriebsmode
und Neutralmode wählen.
Die Modewahlbedieneinheit 132 kann als Schalthebel oder
in Form eines Druckschalters/Drehschalters ausgebildet sein. Anstelle
der speziellen dargestellten Anordnung kann jedwelches manuell betätigte oder
motorisch betätigte
Schaltsystem verwendet werden, das zur Verwendung in herkömmlichen zweistufigen
Verteilergetrieben bekannt ist.
-
Bezugnehmend auf 4 ist ein Verteilergetriebe 20A als
eine modifizierte Version des Verteilergetriebes 20 dargestellt,
das optional mit einem Modeschaltmechanismus 150 versehen
ist, der die Auswahl eines nichtdifferentiellen oder "gesperrten" Vierradantriebsmodes
und zusätzlich
zu dem Vollzeitvierradantriebsmode einen Zweiradantriebsmode ermöglicht.
Um den Modeschaltmechanismus 150 aufzunehmen, wird die
Verteilerwelle 90' nun
relativ zu dem Antriebskettenrad 84' drehbar gehalten. Der Modeschaltmechanismus 150 enthält eine
Modekupplung 152, die zum selektiven Kuppeln der Verteilerwelle 90' mit dem Antriebskettenrad 84' betätigbar ist,
um den Allzeitvierradantriebsmode einzurichten. Die Modekupplung 152 ist
auch betätigbar,
um die Verteilerwelle 90' selektiv
mit dem Antriebskettenrad 84' und
dem Trommelgehäuse 92 zu
kuppeln, um den "gesperrten" Vierradantriebsmode
einzurichten, in dem eine Drehzahldifferenz zwischen der vorderen Ausgangswelle 32 und
der hinteren Ausgangswelle 42 verhindert ist. Weiter ist
die Modekupplung 152 betätigbar, um selektiv das Antriebskettenrad 84' von der Verteilerwelle 90' abzukuppeln
und dabei die Verteilerwelle 90' mit dem Trommelgehäuse 92 zu
kuppeln, um den Zweiradantriebsmode einzurichten, in dem das gesamte
Antriebsmoment an die hintere Ausgangswelle 42 geliefert
wird.
-
Die Modekupplung 152 enthält eine
angetriebene Nabe 154, die an der Verteilerwelle 90' befestigt ist,
an der äußere Zähne 156 ausgebildet
sind, eine erste Kupplungsplatte 158, die an dem Antriebskettenrad 84' befestigt ist
und an der äußere Kupplungszähne 160 ausgebildet
sind, und eine zweite Kupplungsplatte 162, die an dem Trommelgehäuse 92 befestigt
und an der äußere Kupplungszähne 164 ausgebildet
sind. Die Modekupplung 152 enthält weiter eine Modehülse 166 mit
einem Satz innerer Keile bzw. Nuten 168, die in konstantem
Zahneingriff mit äußeren Zähnen 156 der
angetriebenen Nabe 154 sind, so daß die Modehülse 166 axial dazu
verschiebbar ist. Mit der Modehülse 166 in
einer ersten oder Allzeitvierradantriebsmodestellung, die durch die
Positionslinie "4DIFF" bezeichnet ist,
sind die Keilzähne 168 in
Zahneingriff mit den Kupplungszähnen 160 an
der ersten Kupplungsplatte 158 und von den Kupplungszäh nen 164 an
der zweiten Kupplungsplatte 162 frei. In dieser ersten
Modestellung ist die Verteilerwelle 90' mit dem Antriebskettenrad 84 gekuppelt,
so daß die
angetriebene Drehung des Trommelgehäuses 92 bewirkt, dass
Antriebsmoment zwischen dem zweiten Sonnenrad 74 und dem
vierten Sonnenrad 76 und entsprechend zwischen der hinteren
Ausgangswelle 42 und der vorderen Ausgangswelle 32 verteilt
wird, während
zwischen ihnen ein Drehzahlunterschied möglich ist, wodurch der Vollzeitvienadantriebsmode
eingerichtet ist.
-
Eine axiale Bewegung der Modehülse 166 aus
ihrer 4DIFF-Stellung in eine zweite oder gesperrte Vierradantriebsmodestellung,
die durch die Positionslinie "4LOCK" bezeichnet ist,
behält
den Eingriff der Kupplungszähne 160 mit
den Modehülsezähnen 168 bei
und bewirkt, daß die
Zähne 168 weiter
in die Kupplungszähne 164 an
der zweiten Kupplungsplatte 162 eingreifen. In dieser zweiten
Modestellung ist eine Relativdrehung zwischen dem zweiten Sonnenrad 74 und
dem dritten Sonnenrad 76 verhindert, wodurch ein Drehzahlunterschied
zwischen der hinteren Ausgangswelle 42 und der vorderen
Ausgangswelle 32 verhindert ist, wodurch der gesperrte
Vierradantriebsmode eingerichtet wird. Eine weitere axiale Bewegung
der Modehülse 166 aus
ihrer 4LOCK-Modestellung in eine dritte oder Zweiradantriebsmodestellung,
die durch die Positionslinie "2WD" bezeichnet ist,
bewirkt, daß die
Zähne 168 an
der Modehülse 166 von
den Kupplungszähnen 160 an
der ersten Kupplungsplatte 158 freikommen und in die Kupplungszähne 164 an
der zweiten Kupplungsplatte 162 eingreifen. In dieser dritten
Modestellung wird das Antriebskettenrad 84' von der Verteilerwelle 90' entkoppelt,
während
eine Relativdrehung zwischen dem zweiten Sonnenrad 74 und
dem dritten Sonnenrad 76 verhindert wird, wodurch das gesamte
Antriebsmoment auf die hintere Ausgangswelle 42 übertragen wird,
um den Zweiradantriebsmode einzurichten. Somit ist sowohl in der
4LOCK und 2WD Modestellung das Zwischenachsendifferential 52 mechanisch
gesperrt, um einen Drehzahlunterschied zu verhindern.
-
Weiterhin bezugnehmend auf 4 enthält das dem Verteilergetriebe 20A zugeordnete
Schaltsystem weiter eine Modegabel 172, die die Modehülse 166 mit
einem Stellantrieb 174 kuppelt. Der Stellantrieb 174 kann
jedwelche geeignete Vorrichtung sein, die derart betätigbar ist,
daß sie
eine koordinierte axiale Bewegung der Bereichshülse 106 und der Modehülse 166 bei
einem jeweiligen Antriebsmode herbeiführt, der von dem Fahrzeugfahrer
mittels einer Modewahlbedieneinheit 132 gewählt wird.
Alternativ können
die Stellantriebe 130 und 174 ein Paar unabhängig gesteuerter
Schaltvorrichtungen sein, die getrennt mit Schaltgabeln 128 und 172 verbunden
sind. Vorzugsweise aber ist der Stellantrieb 174 eine drehbare
Sektorplatte mit Bereichs- und Modenockenanordnungen zum Erleichtern
einer koordinierten axialen Bewegung von Schaltgabeln 128, 172 in
einer Art, die insgesamt ähnlich
der in dem im gemeinsamen Besitz befindlichen US-Patent 5,076,112 beschriebenen
ist. Die Sektorplatte kann manuell bei Betätigung eines Schalthebels oder
alternativ über eine
motorisch betriebene Vorrichtung betätigt werden, die entsprechend
Signalen von Drucktasten oder Drehschaltern betätigt wird. Die Tabelle der 5 führt die Kombinationen von Stellungen
für die Bereichshülse 106 und
die Modehülse 166 auf,
um die verschiedenen Antriebsmodes einzurichten, die mit dem Verteilergetriebe 20A zur
Verfügung
stehen. Die Erfindung ist jedoch weder auf die aufgeführte Folge
beschränkt,
noch ist es notwendig, daß alle sieben
Antriebsmodes zur Verfügung
stehen. Insbesondere kann die Zahl der Antriebsmodes, die für eine Auswahl über eine
Betätigung
der Bedieneinheit verfügbar
sind, basierend auf den jeweiligen Erfordernissen jeder unterschiedlichen
Fahrzeuganwendung gewählt
werden.
-
Bezugnehmend auf 6 ist ein Verteilergetriebe 20B mit
einem Zwischenachsdifferential 180 anstelle des Zwischenachsdifferentials 52 und
einer Vorspannkupplung 182 anstelle der Modekupplung 152 versehen.
Das Differential 180 enthält eine Trägerbaugruppe 184 mit
langen Ritzelwellen 186, an denen lange Ritzel 188 drehbar
gehalten sind, und kurzen Ritzelwellen 189, an denen kurze
Ritzel 190 drehbar gehalten sind. Lange Ritzel 188 sind
in Zahneingriff mit einem zweiten Sonnenrad 74' und kurze Ritzel 190 sind
in Zahneingriff mit einem dritten Sonnenrad 76'. Paare langer
Ritzel 188 und kurzer Ritzel 190 sind miteinander
in Zahneingriff. Damit wird an die Trägerbaugruppe 188 geliefertes
Drehmoment an die hintere Ausgangswelle 82 und die vordere
Ausgangswelle 32 über
die Sonnenräder 74' und 76' geliefert,
während
ein Drehzahlunterschied ermöglicht wird,
um die Vollzeitvierradantriebsmodes einzurichten. Wie ersichtlich,
sind die Zähne 108 an
der Bereichshülse 106 in
konstantem Zahneingriff mit äußeren Zähnen 192 gehalten,
die an einer vorderen Tragplatte 194 der Trägerbaugruppe 184 ausgebildet sind.
Somit richtet die Bewegung der Bereichshülse 106 zwischen ihrer
H, N und L-Stellung die Hochbereichs-, Neutral- und Niederbereichsübersetzungsverhältnisse
ein, wie vorstehend beschrieben.
-
Um Mittel zum Steuern der Drehmomentverteilung
und der Drehzahlunterschiede zwischen der vorderen und der hinteren
Ausgangswelle 32 bzw. 42 zu schaffen, enthält das Verteilergetriebe 20B die Vorspannkupplung 182.
Die Vorspannkupplung 182 ist normalerweise in einem nicht
betätigten
Mode betreibbar, um einen Drehzahlunterschied zwischen der vorderen
Ausgangswelle 32 und der hinteren Ausgangswelle 42 zu
ermöglichen,
wodurch der Vollzeitvierradantriebsmode eingerichtet wird. Die Vorspannkupplung 182 ist
auch in einem voll betätigten Mode
betreibbar, um den gesperrten Vierradantriebsmode einzurichten,
in dem ein Drehzahlunterschied zwischen der vorderen Ausgangswelle 32 und
der hinteren Ausgangswelle 42 verhindert ist. Die Vorspannkupplung 182 kann
die Drehmomentvorspannung und die Drehzahldifferenz automatisch
progressiv zwischen ihrem nicht betätigten und ihrem voll betätigten Mode
in Abhängigkeit
von und als eine Funktion von dem Ausmaß der relativen Drehung (Zwischenachsschlupf)
zwischen der vorderen Ausgangswelle 32 und der hinteren
Ausgangswelle 42 steuern bzw. regeln. Die Drehmoment/Schlupfcharakteristik
der Vorspannkupplung 182 kann auf die jeweiligen Fahrzeuganwendungen
abgestimmt werden. Die Vorspannkupplung 182 ist eine hydromechanische
Kupplung und enthält
eine Kupplungspackung mit alternativ ineinander verschachtelten Kupplungsplatten 196 und 198,
die für
eine Drehung mit einer Trommel 200 bzw. einer Verteilerwelle 90 montiert
sind. Die Trommel 200 enthält eine hintere Endplatte 201,
die an der hinteren Ausgangswelle 42 befestigt ist. Eine
Kupplungsseingriffskraft zum Übertragen
von Moment auf die langsamer drehende Kupplungsplatte kann beispielsweise
abhängig
von der viskosen Scherung (d. h. Viskosekupplungen), dem hydraulischen
Druck (d. h. angetriebene Traktionseinheiten) oder in jedwelcher
anderen Weise erzeugt werden, wie sie in Drehmomentübertragungsvorrichtungen
bekannt ist. Wenn erforderlich könnte ein
Modeschaltmechanismus ähnlich
dem vorbeschriebenen zwischen der Trommel 200 und der hinteren
Ausgangswelle 42 zum selektiven Verhindern einer Drehung zwischen
ihnen und zum Ermöglichen einer
Auswahl von Vollzeit- oder gesperrtem Vierradantriebsmode angeordnet
sein.
-
7 zeigt
ein Verteilergetriebe 20C, das eine modifizierte Version
des Verteilergetriebes 20B ist. Genauer ist das Verteilergetriebe 20C mit
einer Vorspannkupplung 202 ausgerüstet, die einen Satz äußerer Kupplungsplatten 204 aufweist,
die an einer Trommelbaugruppe 206 befestigt sind, die für eine Drehung
mit dem Antriebskettenrad 84 befestigt ist, und einen Satz
innerer Kupplungsplatten 208 aufweist, die für eine Drehung
mit der hinteren Ausgangswelle 42 befestigt sind und alternativ
mit äußeren Kupplungsplatten 156 verschachtelt
sind, um eine Kupplungspackung zu bilden. Die Vorspannkupplung 202 enthält weiter
einen Schubmechanismus 210 zum Ausüben einer Kupplungseingriffskraft auf
die Kupplungspackung und einen Stellantrieb 212 zum Steuern
der Größe der Kupplungseingriffskraft
als Funktion des Zwischenachsschlupfes. Genauer enthält der Schubmechanismus 210 einen
Kolben 214, der axial innerhalb einer Druckkammer 216 der
Vorspannkupplung 202 für
eine Bewegung relativ zu der Kupplungspackung beweglich ist. Wie
dargestellt, ist der Stellantrieb 212 eine Pumpe, die unter hohem
Druck stehendes Hydraulikfluid aus einem Sumpf zu einer Druckkammer 216 liefert,
um die axiale Stellung des Kolbens 214 relativ zu der Kupplungspackung
zu steuern und somit die darauf ausgeübte Kupplungseingriffskraft.
Die Pumpe 212 kann eine von einer Welle getriebene Vorrichtung,
wie eine Rotorpumpe mit innenverzahntem Rotor oder eine Zahnradpumpe,
sein, bei der der erzeugte und der Druckkammer 216 zugeführte Ausgangsdruck
proportional zum Drehzahlunterschied zwischen der vorderen Ausgangswelle 32 und
der hinteren Ausgangswelle 42 ist. Mit einer solchen, von
der Welle angetriebenen Pumpe 212 ist die Stellung des
Kolbens 214 in der Druckkammer 216 und die auf
die Kupplungspackung ausgeübte
Kupplungseingriffskraft progressiv und entsprechend insgesamt proportional dem
Drehzahlunterschied zwischen den Ausgangswellen 32 und 42.
Alternativ kann der von der Pumpe 212 erfolgte Ausgangsdruck
adaptiv unter Verwendung eines Steuersystems gesteuert werden, das
ein Steuergerät 220 aufweist,
das Eingangssignale von verschiedenen Fahrzeugsensoren, wie beispielsweise
einem hinteren Drehzahlsensor 222 und einem vorderen Drehzahlsensor 224,
empfängt.
Das Steuergerät 220 bestimmt
den Realzeitwert des Drehzahlunterschiedes aus den von den Drehzahlsensoren 222 und 224 erzeugten
Sensorsignalen und sendet ein Steuersignal an die elektrische Pumpe 212,
die ihren Ausgangsdruck als Funktion des Steuersignals steuert.
Bei jeder Anordnung könnten
Ventilsysteme verwendet werden, um die Kupplungseingriffskennlinie
des Kolbens 214 in der Kammer 216 abzustimmen,
und Rückholfedern
zum Rückbewegen
des Kolbens 214 in eine Freigabestellung relativ zu der Kupplungspackung.
-
Das Steuergerät 220 kann programmiert werden,
um die Betätigung
der Vorspannkupplung 202 entsprechend einem AN/AUS Steuerschema
zu steuern. Bei einer solchen Anordnung wird die Vorspannkupplung 202 normalerweise
in einem nicht betätigten
Zustand gehalten, um einen Drehzahlunterschied zwischen der vorderen
und der hinteren Ausgangswelle 32 und 42 zu ermöglichen.
In diesem Zustand ist das Verteilergetriebe 20C als in
seinem Vollzeitvienadantriebsmode arbeitend definiert. Wenn der
Sensor Signale eingibt, die einen Fahrzeugzustand anzeigen, der
einen vorbestimmten Wert überschreitet,
wird die Vorspannkupplung 200 für ein Sperren der vorderen
und hinteren Antriebswelle 32 und 42 gegenüber relativer
Drehung betätigt,
wodurch sie wirkungsmäßig starr
miteinander verbunden sind, um den gesperrten Vierradantriebsmode
einzurichten. Wie ausgeführt,
ist der Fahrzeugzustand, der bevorzugt zum Steuern der Betätigung der
Vorspannkupplung 202 verwendet wird, auf die Drehzahldifferenz
zwischen der vorderen Ausgangswelle 32 und der hinteren
Ausgangswelle 42 bezogen. Danach kehrt die Vorspannkupplung 200 in
ihren nicht betätigten
Zustand zurück,
wenn die Sensoreingangssignale zeigen, daß die Fahrzeugzustandsgröße kleiner
als ein vorbestimmter Wert ist.
-
Alternativ kann das Steuergerät 220 entsprechend
einem adaptiven Steuerschema programmiert werden, um den betätigten Zustand
der Vorspannkupplung 202 zwischen ihrem nicht betätigten und
ihrem voll betätigtem
Grenzwert zu steuern bzw. regeln, um die Größe des Drehzahlunterschiedes
und des über
das Differential 180 übertragenen
Antriebsmoments als Funktion der Sensoreingangssignale zu verändern. Im
Betrieb vergrößert die
Vorspannkupplung 202 die Größe des an die langsamer drehende Antriebswelle
gelieferten Drehmoments, während gleichzeitig
das an die schneller drehende Ausgangswelle gelieferte Drehmoment
in einem Ausmaß vermindert
wird, das dem Drehmomentüberiragungsvermögen der
Kupplung bei dem gegebenen betätigten
Zustand entspricht. Bei jedem der vorstehend erwähnten Steuerschemata ist die
Steuerung der Betätigung
der Vorspannkupplung 200 automatisch und erfordert keine
Aktion oder Modewahl seitens der Fahrzeugbedienperson. Bei beiden
Steuerschemata ist der Vorgang der Überwachung der Fahrzeugzustände und
der Steuerung des Kupplungseingriffs kontinuierlich und automatisch.
Wenn das Verteilergetriebe 20C mit dem elektrisch gesteuerten
hydraulischen System ausgerüstet
ist, dann ermöglicht
die Modewahlbedieneinheit 132, daß der Fahrzeugführer zwischen
Vollzeitvierradhochbereichs- und Niederbereichsmode mit automatischer
Kupplungssteuerung, gesperrtem Vierradhochbereichs- und Niederbereichsantriebsmode
und Neutralmode wählt.
Bei fortschrittlichen Systemen kann eine Modeentsperrkupplung vorgesehen
sein, um selektiv die Trommel 206 mit der hinteren Ausgangswelle 42 zu
verbinden, um gesperrte Vierradantriebsmodes einzurichten.
-
8 zeigt
ein Verteilergetriebe 20D, das mit einer mechanisch betätigten Vorspannkupplung 230 ausgerüstet ist.
Genauer ist die Vorspannkupplung 230 eine elektronisch
gesteuerte Kupplungsbaugruppe, die betriebsmäßig zwischen der vorderen Ausgangswelle 32 und
der hinteren Ausgangswelle 42 angeordnet ist, um automatisch
die Größe des Drehzahlunterschiedes
zu steuern und das Drehmomentverteilungsverhältnis zwischen ihnen zu verändern. Die
Vorspannkupplung 230 hat einen Schubmechanismus 232 zum
Ausüben
einer Kupplungseingriffskraft auf die Kupplungspackung mit einem
Stellantrieb 234 zum Steuern der Größe der Kupplungseingriffskraft
als Funktion des Wertes des Zwischenachsschlupfes. Genauer enthält der Schubmechanismus 232 eine
schwenkbare Hebelarmbaugruppe 236. Wiederum steuert das
Steuergerät 220 die
reibungsmäßige Vorspannung,
die von der Vorspannkupplung 230 abhängig von einem Steuersignal
aufgebracht wird, welches Steuersignal auf dem Wert der Sensoreingabesignale
basiert. Vorzugsweise ermöglicht
der Stellantrieb 234 eine koordinierte Bewegung der Bereichshülse 106 und
der Hebelarmbaugruppe 232, um dem Fahrzeugführer zu
ermöglichen, über Betätigung der
Bedieneinheit 132 Vollzeitvier radhochbereichs- und Niederbereichsantriebsmodes,
einen Neutralmode, und gesperrte Vierradhochbereichs- und Niederbereichsantriebsmodes
zu wählen.
In den Vollzeitvierradantriebsmodes wird die Vorspannkupplung 230 automatisch
von einem der AN/AUS oder ADAPTIVE Schemata gesteuert. Wenn einer
der gesperrten Vierradantriebsmodes gewählt ist, wird die Vorspannkupplung 230 in
ihrem voll betätigten
Zustand gehalten. Es leuchtet ein, daß die vorstehend beschriebenen
Modeauswahlen auch mit einer Vorspannkupplung 230 des Verteilergetriebes 20D verfügbar gemacht
werden können,
wenn die Bedieneinheit 132 dem Steuergerät 20 ein
Signal liefert, das den jeweils ausgewählten Mode anzeigt.
-
Schließlich stellt 9 ein Verteilergetriebe 20E dar,
bei dem die Planetengetriebebaugruppe 48 und der synchronisierte
Bereichsschaltmechanismus 50 in einer "auf Aufforderung" arbeitenden Vierradantriebsanordnung
eingebaut sind, wobei die eingebaute Vorspannkupplung 230 Antriebsmoment
von der hinteren Ausgangswelle 42 auf die vordere Ausgangswelle 32 bei
niedrigen Traktionsbedingungen überträgt. Bei
dieser Anordnung ist das Zwischenachsdifferential 180 durch
eine angetriebene Nabe 250 ersetzt, die für eine Drehung
mit der hinteren Ausgangswelle 42 verbunden ist und äußere Zähne 252 aufweist,
die in konstanten Zahneingriff mit Zähnen 108 einer Bereichshülse 106 sind.
Die Bereichshülse 106 ist
beweglich, um die Hochbereichs- und Niederbereichsantriebsverbindungen
zwischen der hinteren Ausgangswelle 42 und der Eingangswelle 46 einzurichten.
Die Vorspannkupplung 230 wird wiederum automatisch, wie
vorstehend beschrieben, gesteuert. Wenn der Fahrzeugfahrer einen
Zweiradantriebsmode wählt,
wird die Vorspannkupplung in ihrem nicht betätigten Zustand gehalten. Wenn
ein gesperrter Vierradantriebsmode gewählt wird, wird die Vorspannkupplung 230 in
ihrem voll betätigten
Zustand gehalten. Wenn ein "auf
Anforderung" Mode gewählt wird,
steuert das Steuergerät 220 das übertragene
Drehmoment, indem die Vorspannkupplung 230 zwischen ihrem
nicht betätigten
und ihrem voll betätigtem
Zustand unterschiedlich betätigt
wird.
-
Die vorstehende Beschreibung erläutert und beschreibt
verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung. Ein Fachmann erkennt aus dieser Beschreibung, den
beige fügten
Zeichnungen und Ansprüchen leicht,
daß verschiedene
Abänderungen,
Modifizierungen und Variationen durchgeführt werden können, ohne
den in den nachfolgenden Ansprüchen
definierten Umfang der Erfindung zu verlassen.