SE519300C2 - Motorfordon med fyra drivbara hjul samt sätt att driva detta - Google Patents

Description

15 20 25 ~519 300 2 hjulen. För detta ändamål utnyttjas ett antal olika differentialer och kopplingar.

Drivningen på alla hjulen är dock alltid inkopplad.

Uppfinningens ändamål Syftet med uppfinningen är att uppnå en bättre drivning av ett fyrhjulsdrivet fordon. Ärmu ett syfte är att med enkla medel uppnå en ändamålsenlig drivkrafifórdelning mellan olika hjul i fordonet. Ytterligare ett syfte är att underlätta kömingen för fóra- ren i olika situationer.

Redogörelse fór uppfinningen Syfiet med uppfinningen uppnås dels med hjälp av ett sätt med de i patentkrav 1 an- givna särdragen och dels med hjälp av ett motorfordon med de i patentkrav 8 angiv- na särdragen.

Enligt uppfinningen är det möjligt att normalt låta drivning ske enbart på en av axlarna, t ex vid framhjulen, och att koppla in drivningen på den andra axeln först vid behov. Då drivning förutom på t ex framaxeln sker även på bakaxeln kan vrid- momentet på bakaxeln fördelas efter behov mellan de båda bakhjulen.

Genom att göra det möjligt att automatiskt omfördela drivmoment mellan de olika hjulen såsom funktion av det aktuella underlaget och önskat färdsätt uppnås att den i vaij e situation tillgängliga kontakten med underlaget vid olika hjul utnyttjas på bästa sätt för fordonet utan att bromsning behöver ske vid något hjul. Härigenom kan for- donet under sin färd på bästa och säkraste sätt utnyttja tillgängligt väggrepp för att uppfylla förarens intentioner. 10 15 20 25 30 519 300 3 Det blir vidare möjligt att med hjälp av reglersystemet påverka och välja olika kör- egenskaper för fordonet, t.ex. val mellan över- eller understyrning i olika situationer.

Ytterligare särdrag och fördelar hos uppfinningen framgår av efterföljande beskriv- ning och övriga patentkrav.

Uppfinningen förklaras i det följ ande närmare med hjälp av på bifogade ritning vi- sade utföringsexempel.

F iggrbeskrivning På ritningen visar: Fig.l en principskiss av ett fordon enligt uppfinningen, Fig.2 en schematisk vy av den främre differentialen vid fordonet i fig.1, Fig.3 en schematisk vy av slutväxeln vid bakaxeln vid fordonet i fig.1, och Fig.4 en schematisk bild av en körsituation med olika väggrepp vid olika hjul.

Beskrivning av utföringsexempel Ett i fig.1 visat motorfordon 1 enligt uppfinningen är försett med en framtill place- rad motor 2 för drivning av två framhjul 3,4 och två bakhjul 5,6. Via en växellåda 7 och en från denna utgående första drivaxel 8 är motorn 2 förbunden med en vid for- donets framaxel 9 anbringad differential 10, som i sin tur via axlar 11,12 driver frarnhjulen 3,4. Parallellt med differentialen 10 drivs även bakhjulen 5,6 via en andra drivaxel 13, som är ansluten till en växel 14, vilken är förbunden med bak- hjulen 5,6 via axlar 15,16 och kopplingar som ingår i fordonets bakaxel 17.

I motorfordonet 1 finns anordnat en styrenhet 18 till vilken motorn 2, differentialen 10 och växeln 14 är anslutna. Vidare är hjulvarvtalsgivare 19 och/eller hjulmoment- givare, åtminstone en vid varje hjul, och nivågivare 20, lämpligen åtminstone en vid 10 15 20 25 30 519 300 4 vardera framaxeln 9 och bakaxeln 17, anslutna till styrenheten 18. Dessutom är en vid fordonets ratt 21 anordnad rattvinkelgivare 22 och en vid fordonets gaspedal an- ordnad gaspedalgivare 23, som avkänner storleken på det vridmoment som föraren önskar från motorn, anslutna till styrenheten 18, liksom även en i fordonet monterad sidoaccelerationsgivare 24 och en girhastighetsgivare 25. Sidoaccelerationsgivaren 24 och girhastighets givaren 25 är lämpligen monterade nära den normala platsen för fordonets masscentrum 26 för att ge så korrekt infonnation om fordonets rörelse som möjligt.

Med hjälp av insignaler från de olika givarna 19,20, 22-25 erhåller styrenheten 18 infonnation om den aktuella körsituationen och kan på basis därav beräkna den av föraren önskade rörelsen hos fordonet, t.ex vid köming i en kurva. Styrenheten 18 kan i sin tur påverka motorn 2, differentialen 10 och växeln 14 och styra dessa så att fordonet uppför sig på ett säkert och välkontrollerat sätt och utnyttjar det rådande väggreppet väl.

Det är enligt uppfinningen möjligt att med hjälp av differentialen 10 och växeln 14 fördela det av motorn 2 länmade vridmomentet mellan fordonets hjul 3-6 i propor- tion till den friktionskraft som kan överföras vid varje hjul i en given körsituation.

Genom lämplig styrning av motom 2, differentialen 10 och växeln 14 kan vridmo- mentet vid vilket som helst av hjulen minskas till en slirningsfn' nivå utan att bromsning behöver ske vid det aktuella hjulet, något som annars är en vanlig metod för att begränsa och hindra sliming.

Det närmare utförandet av en lämplig typ av differential 10 framgår schematiskt av ñg. 2, men även annorlunda utformade differentialer av annat utförande är tänkbara.

Den visade differentialen 10 är av en i och för sig känd typ som saluförs under be- nämningen ”Torque transfer differential” av företaget Mitsubishi Motors. I ett hus 30 är en differentialenhet 31 av sedvanlig typ anordnad, via vilken den första driv- axeln 8 driver den andra drivaxeln 13 och de båda axlarna 11,12 till framhjulen 3,4. 10 15 20 25 30 519 300 5 Axlarna 11,12 kan härigenom rotera olika fort, t.ex. i en kurva. Till höger på rit- ningen finns en på axeln 12 anordnad kopplingsenhet 32 med vars hjälp varvtalet hos axeln 12 kan ökas eller minskas relativt varvtalet hos axeln 11, i syfle att ändra vridmomentfórdelningen mellan dessa axlar. Detta uppnås med hälp av ett på axeln 12 fast monterat hus 33 inuti vilket en första kopplingslamell 34 och en andra kopp- lingslamell 35 roterar med olika hastighet, drivna av differentialenheten 31 via en kugghjulstörsedd mellanaxel 36. Med hjälp av en här ej närmare visad, av styren- heten 18 via en ledning 37 styrd elektro-hydraulisk anordning kan endera av de båda kopplingslamellema 34,35 läsas helt eller delvis relativt huset 33 för att fördela vridmomentet på önskat sätt mellan axlama 11,12. Då den högra kopplingslamellen 35 bringas i ingrepp skiftas vridmoment över till axeln 12, medan då den vänstra kopplingslamellen 34 bringas i ingrepp skiftas vridmoment över till axeln 11. Ge- nom att variera graden av ingrepp kan önskad omfördelning av vridmomentet upp- nås.

Det närmare utförandet av en lämplig typ av växel 14 framgår schematiskt av fig. 3, men även annorlunda utformade växlar av annat utförande är tänkbara. Den visade växeln 14 är av en i och för sig känd typ som saluförs under benämningen ”Inter Active Torque Management II” (ITM II) av företaget BorgWamer. I ett hus 40 är lagrad en axel 41 som via kugghjul drivs av den andra drivaxeln 13. Axeln 41 är via slirkopplingar 42,43 förbunden med axlarna 15,16, respektive. Dessa slirkopplingar är på här ej närmare visat sätt elektrohydrauliskt manövrerade och styrs via en led- ning 44 av styrenheten 18. Beroende på vald grad av ingrepp hos de båda slirkopp- lingama 42,43 kan vridmomentet från den andra drivaxeln 13 fördelas efter önske- mål på de båda bakhjulen 5,6. För att möjliggöra vridmomentöverföring till axlama 15,16 är det viktigt att utväxlingen till den andra drivaxeln 13 är så vald att den rote- rar snabbare än axlama 15,16, dvs. så att slimingen är positiv och vridmomentet är riktat åt sammahåll som vid den första drivaxeln 8. Då ingen av slirkopplingama 42,43 är i ingrepp sker drivning enbart på framhjulen. 10 15 20 25 519 300 6 Med det ovan beskrivna systemet är drivning på något av hjulen 3,4 på framaxeln 9 alltid inkopplad, medan det däremot är möjligt att välja när och hur bakaxeln 17 och dess hjul 5,6 skall vara inkopplade. Detta gör det möjligt att på ett effektivt sätt för- dela vridmomentet mellan fordonets olika hjul i proportion till den aktuella drivfor- mågan hos de olika hjulen i olika körsituationer. Drivfórmågan hos ett hjul bestäms härvid av t ex underlag, hjulbelastning, sidokraft, etc.

Styrenheten 18 får med hjälp av information från de olika givama i fordonet kun- skap om hur fordonet och dess olika hjul uppträder i en given situation och vet på basis av den av föraren genom dennes manövrering inmatade informationen, t ex gaspådrag och rattvinkel, hur föraren önskar att fordonet skall uppträda. Härigenom kan Styrenheten 18 fastställa aktuella krafter vid varje hjul och anpassa vridmomen- tet vid varje hjul så att bästa drivfórmåga och uppträdande hos fordonet uppnås. Det blir härigenom inte längre nödvändigt att såsom tidigare åstadkomma bromsning vid ett hjul för att begränsa vridmomentet vid hjulet då sliming uppträder vid t ex halka.

Det tillgängliga vridmomentet kan istället omfördelas mellan hjulen för att få bästa framdrivning. Eventuellt kan det härvid i svårt väglag vara nödvändigt att begränsa det totalt tillgängliga vridmomentet genom att reducera gaspådraget vid motorn.

Detta kan lärnpligen ske på automatisk väg med hjälp av styrenheten 18.

Ett exempel på en körsituation med olika hjulbelastning visas i fig. 4 där ett motor- fordon 1 färdas i riktning av pilen 50 i en kurva åt vänster på ritningen. De båda framhjulen 3,4 är härvid genom ett rattutslag svängda en viss vinkel åt vänster för att styra fordonet i en vänsterkurva. Fordonet tenderar härvid att luta utåt i kurvan så att belastningen på de yttre hjulen 4,6 ökar och belastningen på de inre hjulen 3,5 minskar. Graden av lutning hos fordonet beror av bl a fordonets hastighet och kurv- radie. Hjulbelastningen representeras här av cirklar vid de olika hjulen, varvid stor- leken på cirkelradierna R3, R4, R5, R6 representerar storleken på hjulbelastningen vid respektive hjul. I detta fall minskar hjulbelastningen i tur och ordning mellan 10 15 20 25 519 300 7 hjulen 4,6, 3 och 5. Hjulbelastningen är således störst vid höger framhjul 4 och minst vid vänster bakhjul 5.

Förekomsten av en sidkraft vid ett hjul begränsar på känt sätt den drivkraft som vid en given friktionskoefficient mot underlaget kan uppnås vid ett hjul, något som styr- enheten 18 kontinuerligt analyserar under pågående köming. Styrenheten 18 håller också med hjälp av hjulvarvtalsgivarna 19 reda på när olika hjul börjar spinna loss från underlaget och kan härigenom bestämma storleken på det vridmoment som utan sliming kan tillföras varje hjul.

Vid t ex torr väg och färd rakt fram behöver drivning på bakhjulen endast kopplas in när en kraftig acceleration önskas, men under normal färd kan drivningen på bak- hjulen vara urkopplad. Styrenheten 18 bestämmer härvid när in- och urkoppling skall ske. På liknande sätt övervakar styrenheten 18 i andra körsituationer vilken drivning som erfordras på olika hjul.

Genom lämplig programmering av styrenheten 18 är det också möjligt att ge fordo- net speciella köregenskaper och därigenom välja hur fordonet skall uppföra sig i olika körsituationer. Det är t ex möjligt att genom ett vridmomenttillskott vid de ytt- re hjulen göra ett normalt understyit fordon mindre understyrt i speciella situationer.

Många andra möjligheter vad gäller vridmomentdistribution står här till buds inom ramen fór uppfinningen, alltefter behov och önskemål. Förarens arbete kan således underlättas, samtidigt som fordonet kan göras säkrare.

Det ovanstående gäller en i grunden frarnhjulsdriven bil med motorn fram. Man kan också tänka sig det omvända förhållandet, d v s en i grunden bakhjulsdriven bil där differentialen 10 monteras på bakaxeln och växeln 14 på framaxeln. 519 300 8 Det är inom ramen for uppñnningen möjligt att ändra den ovan beskrivna lösningen på en mängd olika sätt, alltefter behov och önskemål. Sålunda kan t ex vridmoment- fördelningen och den använda utrustningen göras annorlunda i olika avseenden.

Claims (17)

10 15 20 25 30 519 300 Patentkrav:

1. l. Sätt att driva ett motorfordon som har fyra drivbara hjul (3-6), två på en främre axel (9) och två på en bakre axel (17), varvid under körning vridmoment från mo- tom fördelas mellan olika hjul med beaktande av rådande väggrepp vid dessa hjul, kännetecknat av att i en given, aktuell körsituation bestäms på vilka av de fyra hjulen (3 -6) drivning erfordras eller är möjlig, varvid drivning av hjulen på främre (9) eller bakre (17) axel prioriteras, och det först om drivning av hjul på endera av dessa axlar är otillräcklig väljs drivning även av hjul på den andra axeln, och att vid drivning av hjul även på den andra axeln fördelas erforderligt eller önskat vridmo- ment på denna axels hjul med beaktande av rådande väggrepp vid dessa hjul.

2. Sätt enligt krav l, kännetecknat av att erforderligt eller önskat vridmoment på den prioriterade axeln fördelas mellan denna axels hjul med beaktande av rådande väggrepp vid dessa hjul.

3. Sätt enligt krav 1, kännetecknat av att drivning av hjul på främre axel (9) prio- riteras.

4. Sätt enligt något av kraven l-3, kännetecknat av att vid inbördes förändring av rådande väggrepp vid olika hjul sker omfördelning av vridmoment mellan hjulen.

5. Sätt enligt något av kraven l-4, kännetecknat av att omfördelning av vridmo- ment mellan hjulen sker utan bromsning vid något hjul.

6. Sätt enligt något av kraven 1-5, kännetecknat av att rådande väggrepp vid olika hjul bestäms på basis av hur fordonet rör sig och hur hjulen roterar.

7. Sätt enligt något av kraven 1-6, kännetecknat av att en i fordonet anordnad styr- enhet (18) kontrollerar om det av föraren begärda vridmomentet är otillåtet stort för 10 15 20 25 30 i 519 300 10 aktuell körsituation, och att styrenheten, om det begärda vridmomentet är otillåtet stort, reducerar vridmomentet till en tillåten nivå genom att reducera motorns (2) gaspådrag.

8. Motorfordon med fyra drivbara hjul (3-6) två på en främre axel (9) och två på en bakre axel (17), där det i fordonet finns en styrenhet (18) som via olika givare (19,20,22-25) i fordonet får information om aktuell körsituation och är inrättad att på basis av från givama erhållen information avge styrsignaler till i fordonet anord- nade reglerorgan (2,10, 14) för att fördela vridmoment från motorn mellan olika hjul med beaktande av rådande väggrepp vid dessa hjul, kännetecknat av att styrenhe- ten (18) är anordnad att under körning, i en given, aktuell körsituation avgöra på vilka av fyra hjul drivning erfordras eller är möjlig, varvid drivning av hjulen på främre eller bakre axel prioriteras och det först om drivning av hjul på endera av i dessa axlar är otillräcklig väljs drivning även av hjul på den andra axeln, och att vid drivning av hjul även på den andra axeln fördela erforderligt eller önskat vridrno- ment på denna axel mellan hjulen på denna axel med beaktande av rådande väg- grepp vid dessa hjul.

9. Motorfordon enligt krav 8, kännetecknat av att styrenheten (18) är anordnad att fördela erforderligt eller önskat vridmoment på den prioriterade axeln mellan dennas hjul med beaktande av rådande väggrepp vid dessa hjul.

10. Motorfordon enligt krav 8, kännetecknat av att styrenheten är anordnad att pri- oritera drivning av hjul på främre axel (9).

11. Motorfordon enligt krav 10, kännetecknat av att fordonets framaxel (9) är för- sedd med en differential (10), som via en första drivaxel (8) är ansluten till motorn (2), och som är anordnad att kunna fördela inkommande vridmoment från motom i mellan fordonets framhjul (3,4) i proportion till rådande väggrepp vid dessa hjul. 10 15 20 25 519 300 ll

12. Motorfordon enligt krav 11, kännetecknat av att en andra drivaxel (13) för drivning av fordonets bakre hjul (5,6) utgår från differentialen (10), och att den andra drivaxeln (13) via en växel (14) är förbunden med dessa bakre hjul.

13. Motorfordon enligt krav 12, kännetecknat av att i växeln (14) ingår två kopplingar (42,43) som står i förbindelse med var sitt bakre hjul (5,6) och är anord- nade att överföra vridmoment till respektive hjul i proportion till graden av ingrepp i aktuell koppling.

14. Motorfordon enligt krav 13, kännetecknat av att utväxlingen till den andra drivaxeln (13) är så vald att den -andra drivaxeln roterar snabbare än axlarna (15,16) till de bakre hjulen (5,6), så att vridmomentet är riktat åt samma håll som vid den första drivaxeln (8).

15. Motorfordon enligt något av kraven 8-14, kännetecknat av att till styrenheten (18) är anslutna en rattvinkelgivare (22) och en gaspedalgivare (23) för inmatning av förarens intentioner under färd.

16. Motorfordon enligt något av kraven 8-15, kännetecknat av att till styrenheten (18) är anslutna åtminstone en av följande typer av givare: hjulvarvtalsgivare (19), hjulmomentgivare, nivågivare (20), sidoaccelerationsgivare (24) och girvinkelgivare (25), för inmatning av fordonets aktuella beteeende till styrenheten.

17. Motorfordon enligt något av kraven 8-16, kännetecknat av att styrenheten (18) är ansluten till motorn (2) för reglering av vridmoment från denna.