DE102004002195A1

DE102004002195A1 - Verteilergetriebe mit einer Antriebswelle und zwei Antriebswellen

Info

Publication number: DE102004002195A1
Application number: DE200410002195
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Ing. Rögner; Lutz GÄRTNER; Georg Gierer; Christian Dipl.-Ing. Popp
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2004-01-15
Filing date: 2004-01-15
Publication date: 2005-08-04

Abstract

Es wird ein Verteilergetriebe (4) mit einer mit einer Antriebsmaschine (2) verbundenen Antriebswelle (49) und zwei Abtriebswellen (36, 48) beschrieben. Zwischen der Antriebswelle (61) und einer der Abtriebswellen (36, 48) ist jeweils ein Schaltelement (40, 42) mit stufenlos variierbarer Übertragungsfähigkeit angeordnet. Ein Verteilungsgrad des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine ist zwischen den beiden Abtriebswellen (36, 48) in Abhängigkeit der jeweils steuer- und regelbaren Übertragungsfähigkeiten der Schaltelemente (40, 42) einstellbar. Im Kraftfluss zwischen der Antriebswelle (61) und den beiden Abtriebswellen (36, 48) ist derart wenigstens ein Verteilerradsatz (35) mit definierter Übersetzung angeordnet, dass das Antriebsmoment bei Vorliegen des ersten Schaltelementes (40) mit einer Übertragungsfähigkeit, bei der über das erste Schaltelement im Wesentlichen kein Drehmoment führbar ist, und im synchronen Zustand des zweiten Schaltelements (42) mit einem mit der Übersetzung des Verteilerradsatzes (35) korrespondierenden Grundverteilungsgrads zwischen den beiden Abtriebswellen (36, 48) verteilbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verteilergetriebe mit einer mit einer Antriebsmaschine verbundenen Antriebswelle und zwei Abtriebswellen.
Aus der Praxis bekannte Fahrzeuge sind jeweils mit verschiedenen Antriebskonzepten, wie beispielsweise einen Front-, Heck- oder Allradantrieb, ausgeführt. Jedes der Antriebskonzepte hat einen starken Einfluss auf das Fahrverhalten, den Federungskomfort, die Wirtschaftlichkeit, die Sicherheit sowie die Raumökonomie.
Bei rein Front- oder Heckgetrieben Fahrzeugen ist die angetriebene Fahrzeugachse direkt mit dem Getriebeausgang eines Getriebes verbunden, mittels dem mehrere Übersetzungen darstellbar sind. Ein von einer Antriebsmaschine erzeugtes Antriebsmoment wird über das Getriebe bedarfsgerecht zu den Antriebsrädern der angetriebenen Fahrzeugachse bzw. der Antriebsachse geführt.
Bei allradgetriebenen Fahrzeugen, d. h. bei Fahrzeuge die mit mehreren angetriebenen Achsen ausgeführt sind, wird die Leistung der Antriebsmaschine bzw. das Getriebeausgangsmoment im Antriebsstrang in Fahrzeuglängsrichtung zwischen den verschiedenen Antriebsachsen verteilt und in Fahrzeugquerrichtung jeweils zu den Antriebsrädern der Antriebsachsen geleitet.
Die vorbeschriebene Leistungsverteilung in Fahrzeuglängsrichtung sowie in Fahrzeugquerrichtung wird im Allgemeinen mittels so genannter Differenzialgetriebe durchge führt, welche bei aus der Praxis bekannten Antriebssträngen zwischen dem Getriebe und dem Abtrieb des Fahrzeuges angeordnet werden. Dabei werden sogenannte Längsdifferenzialgetriebe in Fahrtrichtung gesehen zur Längsverteilung der Antriebsleistung der Antriebsmaschine zwischen mehreren angetriebene Fahrzeugachsen eingesetzt. Des Weiteren werden sogenannte Querdifferenziale bzw. Ausgleichsgetriebe in Bezug auf die Fahrtrichtung eines Fahrzeuges für eine Querverteilung der Antriebsleistung auf Antriebsräder einer Fahrzeugachse eingesetzt.
Die in der Praxis herkömmlich verwendeten Bauarten von Differenzialgetrieben sind sogenannte Kegelraddifferenziale, Stirnraddifferenziale in Planetenbauweise oder auch Schneckenraddifferenziale. Insbesondere Stirnraddifferenziale werden wegen der Möglichkeit zur unsymmetrischen Momentenverteilung meist als Längsdifferenziale eingesetzt. Kegelraddifferenziale sind mittlerweile für einen Querausgleich bei Fahrzeugen Standard. Schneckenraddifferenziale werden sowohl zur Längsverteilung als auch für eine Querverteilung eingesetzt.
Bei derartigen aus der Praxis bekannten differenzialgesteuerten Allradantrieben bzw. Allradsystemen erfolgt die Momentenverteilung auf die Vorder- und die Hinterachse durch ein Planetenrad- oder ein Kegelraddifferenzial. Mit Planetenraddifferenzialen ist das Antriebsmoment durch Wahl der Übersetzung beliebig auf die beiden Antriebsachsen bzw. Fahrzeugachsen verteilbar. Gängige Momentenaufteilungen zwischen Vorder- und Hinterachse liegen bei 50% : 50% bis 33% : 66%. Bei Kegelradifferenzialen liegt die Momentenverteilung fest bei 50% : 50%. Durch die Wahl eines festen Momentenverhältnisses zwischen Vorder- und Hinterachse ist die Zugkraftaufteilung nur für einen Punkt, den Auslegungspunkt, ideal.
Das Antriebsmoment wird also nicht proportional zu der dem momentanen Fahrzustand entsprechenden Achslast aufgeteilt. Sollen bei hohem Schlupf die Traktionsreserven vollständig ausgenutzt werden, was theoretisch nur bei variabler Momentenverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse möglich ist, kann das Längsdifferenzial gebremst oder gesperrt werden. Durch eine mit zunehmender Drehzahldifferenz kontinuierlich einsetzende Sperrwirkung, wie beispielsweise mittels einer Viskosperre, wird dabei das Fahrverhalten nicht negativ beeinflusst, und dauerhafte Verspannungen im Antriebsstrang, wie sie bei formschlüssigen Sperren auftreten, werden vermieden.
Darüber hinaus sind sogenannte kupplungsgesteuerte Allradantriebe bekannt, bei welchen Kupplungen, wie beispielsweise Lamellenkupplungen, mit von außen einstellbarem Kupplungsmoment eingesetzt werden. Dabei kann das Kupplungsmoment entsprechend dem momentanen Fahrzustand des Fahrzeugs gewählt werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Momentenaufteilung zwischen Vorder- und Hinterachse an die dynamischen Achslaständerungen, also abhängig von Beschleunigung, Steigung, Beladung usw., anzupassen.
Weiters sind Mischformen, d. h. sogenannte differenzial- und kupplungsgesteuerte Systeme, bekannt, bei welchen der Allradantrieb über eine elektronisch schaltbare Lamellenkupplung und/oder ein sperrbares Differenzial realisiert ist.
Nachteilig dabei ist jedoch, dass eine variable Momentenverteilung im Antriebsstrang bei den beiden letztgenannten Systemen zur Antriebsverteilung durch einen verlustbehafteten Schlupfbetrieb der Kupplungen erreicht wird, was eine Wirkungsgradverschlechterung eines solchen Antriebsstranges zur Folge hat.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verteilergetriebe zur Verfügung zu stellen, mit welchem eine einfache, bedarfsgerechte und wirkungsgradoptimierte Verteilung eines Antriebsmomentes auf mehrere Fahrzeugachsen durchführbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verteilergetriebe gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Mit dem erfindungsgemäßen Verteilergetriebe mit einer mit einer Antriebsmaschine verbundenen Antriebswelle und zwei Abtriebswellen ist ein Antriebsmoment einer Antriebsmaschine zwischen zwei antreibbaren Fahrzeugachsen eines Fahrzeuges auf einfache Art und Weise wirkungsgradoptimiert verteilbar, da das Verteilergetriebe jeweils in einem Leistungsstrang zwischen der Antriebswelle und einer der Abtriebswellen mit einem Schaltelement ausgebildet ist, deren Übertragungsfähigkeiten stufenlos variierbar sind, und zusätzlich wenigstens mit einem Verteilerradsatz mit einer definierten Übersetzung derart ausgeführt ist, dass das Antriebsmoment bei Vorliegen des ersten Schaltelementes mit einer Übertragungsfähigkeit, bei der über das erste Schaltelement im Wesentlich kein Drehmoment führbar ist, und bei gleichzeitig synchronem zweiten Schaltelement mit einem mit der Übersetzung des Verteilerradsatzes korrespondierenden Grundverteilungsgrad zwischen den beiden Abtriebswellen verlustfrei verteilbar ist.

Zusätzlich ist der Verteilungsgrad des Antriebsmoments der Antriebsmaschine zwischen den beiden Abtriebswellen in Abhängigkeit der jeweils steuer- und regelbaren Übertragungsfähigkeiten der Schaltelemente derart veränderbar, weshalb mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Verteilergetriebes einerseits die Funktionalität eines herkömmlichen Differenzialgetriebes, bei dem das Antriebsmoment mit geringen Verlusten und einem fest vorgegebenen Grundverteilungsgrad zwischen zwei antreibbaren Fahrzeugachsen verteilt wird, zur Verfügung steht. Andererseits besteht durch die bedarfsweise Veränderlichkeit der Übertragungsfähigkeiten der beiden Schaltelemente die Möglichkeit, das Antriebsmoment mit von dem Grundverteilungsgrad abweichenden Verteilungsgraden zwischen den beiden Abtriebswellen des Verteilergetriebes wirkungsgradoptimiert und betriebszustandsabhängig zu verteilen.

Das bedeutet, dass das Antriebsmoment einer Antriebsmaschine derart gesteuert und geregelt zwischen zwei antreibbaren Fahrzeugachsen eines Fahrzeuges verteilbar ist, dass insbesondere eine gezielte Verbesserung des Fahrverhaltens sowie ein identisches Einlenkverhalten bei unterschiedlichen Witterungsbedingungen, wie bei trockener Fahrbahn, Nässe, Eis oder Schnee, erreichbar ist.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und den unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei zur Verbesserung der Übersichtlichkeit in der Beschreibung der verschiedenen Ausfüh rungsbeispiele für bau- und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Es zeigt:
1 eine stark schematisierte Darstellung eines Antriebsstranges eines Fahrzeuges, wobei ein Hauptgetriebe und ein erfindungsgemäß ausgeführtes Verteilergetriebe jeweils als Räderschema dargestellt sind;
2 ein Schaltschema des in 1 dargestellten Getriebes;
3 eine grafische Darstellung eines Zusammenhanges zwischen den Übertragungsfähigkeiten der beiden reibschlüssigen Schaltelemente des Verteilergetriebes gemäß 1 und einem Verteilungsgrad des Antriebsmomentes zwischen zwei Abtriebswellen des Verteilergetriebes;
4 das in 1 dargestellte Verteilergetriebe in vergrößerter Alleindarstellung;
5 eine zweite Ausführungsform des Verteilergetriebes; und
6 eine dritte Ausführungsform des Verteilergetriebes des in 1 dargestellten Antriebsstranges.
Bezug nehmend auf 1 ist ein Antriebsstrang 1 mit einer als Brennkraftmaschine ausgeführten Antriebsmaschine 2, einem Getriebe 3, einem dem Getriebe nachgeschalteten Verteilergetriebe 4, einer Fahrzeugvorderachse 5 und einer Fahrzeughinterachse 6 gezeigt, wobei das Getriebe 3 und das Verteilergetriebe 4 ein Mehrgruppengetriebe ausbilden und jeweils als Räderschema dargestellt sind. Ein von der Antriebsmaschine 2 erzeugtes Antriebsmoment wird im Antriebsstrang 1 über das Getriebe 3 und das Verteilergetriebe 4 zu den Fahrzeugachsen 5 und 6 geführt. Das gezeigte Getriebe 3 ist vorliegend als ein Automatgetriebe ausgeführt und kann in Abhängigkeit des jeweilig vorliegenden Anwendungsfalles jedes andere aus der Praxis bekannte Getriebe sein, mit dem verschiedene Übersetzungen für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt darstellbar sind.
Das Automatgetriebe 3 weist getriebeeingangsseitig einen ersten Planetenradsatz 7 und getriebeausgangsseitig einen zweiten Planetenradsatz 8 auf. Der zweite Planetenradsatz 8 ist als ein doppelter Planetenradsatz ausgeführt, wobei zwischen den beiden Planetenradsätzen 7, 8 fünf Schaltelemente mit den Bezeichnungen A, B, C, D, E angeordnet sind. Zur Darstellung einer Übersetzung des Automatgetriebes 3 sind jeweils zwei dieser Schaltelemente geschlossen, während die anderen geöffnet sind.
In dem Automatgetriebe 3 sind sechs Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang einstellbar, wobei ein in 2 näher gezeigtes Schaltschema 9 den Zusammenhang zwischen den einzelnen Übersetzungsstufen des Automatgetriebes 3 und den Schaltelementen A, B, C, D, E wiedergibt.
Dem Automatgetriebe 3 ist beispielhaft eine vorliegend als Zweimassenschwinger ausgeführte Einrichtung 10 zur Schwingungsentkopplung vorgeschaltet, über welche ein An triebsmoment der Antriebsmaschine 2 des Fahrzeuges auf eine Getriebeeingangswelle 11 und auf ein Hohlrad 12 des ersten Planetenradsatzes 7 geführt wird. Über die Einrichtung 10 zur Schwingungsentkopplung werden Drehschwingungen im Antriebsstrang gedämpft, da der Zweimassenschwinger Bewegungsenergie speichert und Resonanzen im Getriebe und im weiteren Teil des Antriebsstrangs vermeidet. Insofern kann die genannte Einrichtung 10 beispielsweise als herkömmlicher Reibungsdämpfer ausgeführt sein, aber beispielsweise auch als „klassischer" hydrodynamischer Drehmomentwandler.
Das Hohlrad 12 des ersten Planetenradsatzes 7 ist mit einem Außenlamellenträger 13 des Schaltelementes E, welches als reibschlüssige Lamellenkupplung ausgeführt ist, verbunden. Zwischen einem Sonnenrad 14 des ersten Planetenradsatzes 7 und dem Hohlrad 12 des ersten Planetenradsatzes 7 wälzen sich Planetenräder 15 ab, welche drehbar auf einem Planetenträger 16 gelagert sind. Das Sonnenrad 14 des ersten Planetenradsatzes 7 ist fest mit einem schematisch angedeuteten Getriebegehäuse 17 oder einem gehäusefest ausgeführten Bauteil des Getriebes 3 verbunden.
Der Planetenträger 16 des ersten Planetenradsatzes 7 ist mit einem Außenlamellenträger 18 des Schaltelementes A, welches vorzugsweise als Lamellenkupplung ausgeführt ist, und mit einem Außenlamellenträger 19 des ebenfalls als Lamellenkupplung ausgeführten Schaltelementes B verbunden.
Ein Innenlamellenträger 20 des Schaltelementes E ist mit einem Planetenträger 21 des zweiten Planetenradsatzes 8 verbunden, so dass der Kraftfluss von der Getriebeeingangswelle 11 bei geschlossenem Schaltelement E direkt über den Planetenträger 21 des zweiten Planetenradsatzes 8 auf den zweiten Planetenradsatz 8 geführt wird.
Ein Innenlamellenträger 22 des Schaltelementes A ist mit einem kleinen Sonnenrad 23 des zweiten Planetenradsatzes 8 verbunden, so dass der Planetenträger 16 des ersten Planetenradsatzes 7 bei geschlossenem Schaltelement A fest mit dem kleinen Sonnenrad 23 des zweiten Planetenradsatzes 8 verbunden ist.
Des Weiteren ist ein Innenlamellenträger 24 des Schaltelementes B mit einem großen Sonnenrad 25 des zweiten Planetenradsatzes 8 verbunden. Bei geschlossenem Schaltelement B wird demnach ein Eingangsdrehmoment des Automatgetriebes von der Getriebeeingangswelle 11 über das Hohlrad 12, die Planetenräder 15 und den Planetenträger 16 des ersten Planetenradsatzes 7 direkt auf das große Sonnenrad 25 des zweiten Planetenradsatzes 8 geführt. Zusätzlich ist das große Sonnenrad 25 des zweiten Planetenradsatzes 8 mit einem Innenlamellenträger 26 des Schaltelementes C, welches als Lamellenbremse ausgeführt ist, fest verbunden. Ein Außenlamellenträger 27 des Schaltelements C ist fest mit dem Getriebegehäuse 17 verbunden. Daraus folgt, dass das große Sonnenrad 25 bei geschlossenem Schaltelement C fest mit dem Getriebegehäuse 17 verbunden ist.
Das Schaltelement D ist vorliegend ebenfalls als Lamellenbremse ausgeführt, wobei ein Außenlamellenträger 28 des Schaltelementes D fest mit dem Getriebegehäuse 17 verbunden ist. Ein Innenlamellenträger 29 des Schaltelementes D ist mit dem Planetenträger 21 des zweiten Planetenradsatzes 8 verbunden.
Zwischen dem großen Sonnenrad 25 und einem Hohlrad 30 des zweiten Planetenradsatzes 8 wälzen sich breite Planetenräder 31 ab. Zwischen dem kleinen Sonnenrad 23 des zweiten Planetenradsatzes 8 und den breiten Planetenrädern 31 wälzen sich schmale Planetenräder 32 ab, wobei die breiten Planetenräder 31 und die schmalen Planetenräder 32 jeweils von dem Planetenträger 21 des zweiten Planetenradsatzes 8 gehalten sind. Das Hohlrad 30 des zweiten Planetenradsatzes 8 ist mit einer Getriebeabtriebswelle 33 verbunden, über welche das entsprechend der in dem Getriebe 3 eingestellten Übersetzung gewandelte Getriebeausgangsmoment in das Verteilergetriebe 4 eingeleitetet wird.
Mit dem ersten Planetenradsatz 7 bzw. dem Umlaufgetriebebauteil ist über eine geeignete Ansteuerung des Schaltelementes E sowie der Schaltelemente A und B eine Leistungsverzweigung des Getriebeeingangsmomentes auf zwei Leistungspfade des Automatgetriebes durchführbar. An dem zweiten Planetenradsatz 8 wird im Gegensatz zu dem als Leistungsverzweigungselement ausgebildeten ersten Planetenradsatz 7 eine Leistungssummierung derart durchgeführt, dass ein aufgeteiltes und der jeweilig eingelegten Übersetzung entsprechend umgewandeltes Getriebeeingangsmoment summiert auf die Getriebeabtriebswelle 33 geführt wird.
Die Schaltelemente A bis E des Automatgetriebes 3 sind vorliegend hydraulisch betätigbar, wobei es selbstverständlich im Ermessen des Fachmannes liegt, die Schaltelemente alternativ dazu über eine geeignete mechanische, elektrische oder elektromechanische Aktuatorik anzusteuern.
Das zu dem in 1 dargestellte Automatgetriebe 3 gehörige Schaltschema 9 der 2 ist in Form einer Tabel le wiedergegeben, in deren Kopfspalte die einzelnen Gangstufen für Vorwärtsfahrt "1", "2", "3", "4", "5", "6" und Rückwärtsfahrt "R" aufgeführt sind. Des Weiteren sind in der Kopfzeile des Schaltschemas 9 die einzelnen Schaltelemente A bis E, eine Gesamtübersetzung i_ges des Automatgetriebes 3 sowie ein Stufensprung phi, der jeweils aus einem Quotient aus den Werten zweier aufeinanderfolgender Gesamtübersetzungen gebildet ist, aufgeführt.
Aus dem Schaltschema 9 geht hervor, dass beispielsweise zur Einstellung der ersten Gangstufe bzw. der ersten Übersetzung "1" die Schaltelemente A und D geschlossen sind, während die Schaltelemente B, C und E sich gleichzeitig in geöffnetem Zustand befinden. Die eingestellte Gesamtübersetzung i_ges ist dann 4,17.
Bei einer Hochschaltung ausgehend von der ersten Gangstufe "1" in die zweite Gangstufe "2" bleibt das Schaltelement A geschlossen und das Schaltelement C wird zugeschaltet, wobei gleichzeitig das Schaltelement D abgeschaltet wird. Die Zuschaltung des als Lamellenkupplung ausgebildeten Schaltelementes C erfolgt mit einer Schlupfphase des Schaltelementes C zum Ausgleich einer Differenzdrehzahl in dem Automatgetriebe 3.
Des Weiteren geht aus dem Schaltschema 9 der 2 hervor, dass das Schaltelement A zur Darstellung der Gangstufen "1" bis "4" jeweils geschlossen ist, und dass jeweils das Schaltelement D, C, B oder E als weiteres Schaltelement zur Darstellung der entsprechenden Übersetzungsstufe des Automatgetriebes 3 verwendet wird. Diejenigen Schaltelemente, welche zur Einstellung einer Gangstufe geschlossen sind, sind in der Tabelle des Schaltschemas 9 durch einen Punkt gekennzeichnet, wobei die Zellen der Tabelle, welche keinen Punkt aufweisen, die Schaltelemente kennzeichnen, die jeweils geöffnet sind.
Aus dem Schaltschema 9 ist ableitbar, dass weder das Schaltelement A noch das Schaltelement D bei einer Hochschaltung zugeschaltet werden, hingegen das Schaltelement B bei der Hochschaltung von der Gangstufe "2" in die Gangstufe "3", das Schaltelement C bei einer Hochschaltung von der Gangstufe "1" in die Gangstufe "2" und das Schaltelement E bei der Hochschaltung von der Gangstufe "3" in die Gangstufe "4" zugeschaltet wird.
Vorliegend egalisieren bei Schaltungen jene Schaltelemente, welche zur Einstellung der neuen Gangstufe zugeschaltet werden, Differenzdrehzahlen im Getriebe über einen sogenannten Schlupfbetrieb.
Werden die beiden Schaltelemente C und D gleichzeitig von der Getriebesteuerung angesteuert, liegt im Getriebe 3 eine derartige Überbestimmung vor, dass am Abtrieb ein aufgrund einer eingeschränkten Beweglichkeit im Getriebe generiertes schaltelementseitiges Bremsmoment vorliegt. Dies resultiert aus der Tatsache, dass die gleichzeitige Ansteuerung der Schaltelemente C und D, welche vorliegend als Lamellenbremsen ausgeführt sind, im Bereich der Getriebeabtriebswelle 33 die gleiche Wirkung entfaltet wie eine Feststellbremse eines Fahrzeugs, d. h. dass an der Getriebeabtriebswelle 33 ein mehr oder weniger großes Bremsmoment anliegt, welches in Abhängigkeit der jeweils eingestellten Höhe der Übertragungsfähigkeiten der Schaltelemente C und D steht.
Die Getriebeabtriebswelle 33, die mit einer Antriebswelle 61 des Verteilergetriebes 4 verbunden ist, ist mit einem Sonnenrad 34 eines als Stufenplaneten ausgeführten Verteilerradsatzes 35 des Verteilergetriebes 4 verbunden, welches mit einem auf einem Planetenträger 36 des Verteilerradsatzes 35 drehbar gelagerten Doppelplaneten 37 kämmt, wobei der Planetenträger 36 eine Abtriebswelle des Verteilergetriebes 4 darstellt. Der Doppelplanet 37 ist mit einem ersten kleineren Planetenrad 37A und einem damit integral ausgeführten zweiten größeren Planetenrad 37B ausgeführt, wobei das größere Planetenrad 37B mit einem zweiten Sonnenrad 38 des Verteilerradsatzes 35 kämmt.
Das zweite Sonnenrad 38 ist mit einem Innenlamellenträger 39 eines ersten reibschlüssigen Schaltelementes 40 des Verteilergetriebes 4 und einem Außenlamellenträger 41 eines zweiten reibschlüssigen Schaltelementes 42 des Verteilergetriebes 4 verbunden. Ein Außenlamellenträger 43 des ersten reibschlüssigen Schaltelementes 40 ist mit dem Planetenträger 36 des Verteilerradsatzes 35 verbunden, der wiederum mit einem Zahnrad 44 mit einer Zahnradstufe 45 kämmt. Die Zahnradstufe 45 umfasst vorliegend zwei Stirnräder 45A und 45B gebildet, wobei das Stirnrad 45A mit dem Zahnrad 44 des Planetenträgers 36 kämmt und das Zahnrad 45B mit einer in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden und mit der Fahrzeugvorderachse 5 wirkverbundenen Seitenwelle 46 drehfest verbunden ist. Ein Innenlamellenträger 47 des zweiten reibschlüssigen Schaltelementes 42 des Verteilergetriebes 4 ist mit einer Welle 48 verbunden, über welche ein Drehmoment in Richtung der Fahrzeughinterachse 6 führbar ist und die eine Abtriebswelle des Verteilergetriebes 4 darstellt.
Im Betrieb eines Kraftfahrzeuges wird ein Antriebsmoment der Antriebsmaschine von einer Ausgangswelle 49 der Antriebsmaschine 2 über die Einrichtung 10 zur Schwingungsentkopplung auf die Getriebeeingangswelle 11 geführt und in das Getriebe 3 eingeleitet. In Abhängigkeit der jeweils in dem Getriebe 3 eingestellten Übersetzung wird das Antriebsmoment der Antriebsmaschine 2 über die in den Kraftfluss des Getriebes 3 zugeschalteten Bauteile des Getriebes 3 auf die Getriebeabtriebswelle 33 und das damit verbundene erste Sonnenrad 34 des Verteilerradsatzes 35 geführt.
Die beiden reibschlüssigen Schaltelement 40 und 42 sind vorliegend als steuer- und regelbare reibschlüssige Lamellenkupplungen ausgeführt, deren Übertragungsfähigkeit jeweils über eine in 4 bis 7 lediglich schematisiert dargestellte Aktuatorik 50 stufenlos variierbar ist. Mit den Kupplungen 40 und 42 besteht die Möglichkeit, das Getriebeausgangsmoment des Getriebes 3 variabel und bedarfsgerecht zwischen den beiden antreibbaren Fahrzeugachsen 5 und 6 zu verteilen. Die Systematik der Ansteuerung der beiden Kupplungen 40 und 42 sowie die daraus resultierende Verteilung des anliegenden Antriebsmomentes auf die Fahrzeugachsen 5 und 6 wird anhand der Darstellung in 3 näher erläutert.
3 zeigt drei stark schematisierte Verläufe, wovon ein erster Verlauf gk_40 einen Verlauf einer Übertragungsfähigkeit der ersten Kupplung 40 zwischen einem unteren Grenzwert W(u) und einem oberen Grenzwert W(o) darstellt. Ein weiterer Verlauf gk_42 stellt den Verlauf der Übertragungsfähigkeit der zweiten Kupplung 42 dar, der mit dem Verlauf gk_40 der ersten Kupplung k_40 korrespondiert. Ein dritter Verlauf vt stellt den Verlauf eines Verteilungsgra des vt des Antriebsmomentes zwischen den beiden Fahrzeugachsen 5 und 6 graphisch dar.
Im Punkt I, in welchem die Übertragungsfähigkeit der ersten Kupplung 40 dem unteren Grenzwert W(u) entspricht, wird über die erste Kupplung 40 im Wesentlichen kein Drehmoment übertragen. Gleichzeitig ist die Übertragungsfähigkeit der zweiten Kupplung 42 auf den oberen Grenzwert W(o) eingestellt, bei dem sich die zweite Kupplung 42 in einem synchronen Zustand befindet und zwischen den beiden Kupplungshälften der zweiten Kupplung 42 kein Schlupf auftritt. In diesem Betriebszustand der beiden Kupplungen 40 und 42 wird das Getriebeausgangsmoment mit einem mit der Übersetzung des Verteilerradsatzes 35 korrespondierenden Grundverteilungsgrad zwischen den beiden Abtriebswellen wenigstens annähernd verlustfrei verteilt, wobei die Verlustleistung im Getriebe 3 sowie im Verteilergetriebe 4 im Wesentlichen im Bereich der Zahnradpaarungen der beiden Getriebe sowie in der ersten Kupplung 40 auftritt, da die übrigen sich im Kraftfluss des Antriebsstranges 1 befindlichen Schaltelemente der beiden Getriebe ohne Schlupf in geschlossenem Zustand betrieben werden.
Dabei kann die Übersetzung des Verteilerradsatzes 35 derart ausgebildet sein, dass in dem vorbeschriebenen Betriebszustand der beiden Kupplungen 40 und 42 das Getriebeausgangsmoment zu 70% der Fahrzeughinterachse und zu 30% zu der Fahrzeugvorderachse 5 geführt wird. Selbstverständlich liegt es im Ermessen des Fachmannes die Übersetzung des Verteilerradsatzes 35 an den jeweils vorliegenden Anwendungsfall anzupassen, so dass das Getriebeausgangsmoment mit einem anderen Grundverteilungsgrad zwischen den beiden Fahrzeugachsen 5 und 6 bei synchroner zweiter Kupplung 42 und bei Vorliegen der ersten Kupplung mit einer Übertragungsfähigkeit, bei der im Wesentlichen kein Drehmoment über die erste Kupplung 40 führbar ist, verteilt wird.
Im Bereich zwischen dem Punkt I und einem zweiten Punkt II des Diagramms gemäß 3 wird die Übertragungsfähigkeit der zweiten Kupplung 42 derart gesteuert und geregelt eingestellt, dass die Kupplung 42 in ihrem synchronen Zustand verbleibt. Gleichzeitig wird die Übertragungsfähigkeit der ersten Kupplung 40 von ihrem unteren Grenzwert W(u), bei dem sie kein Drehmoment überträgt, in Richtung des oberen Grenzwertes W(o) der Übertragungsfähigkeit verändert, bei welchem sich die erste Kupplung 40 ebenfalls in ihrem synchronen Zustand befindet. Das bedeutet, dass die Übertragungsfähigkeit der ersten Kupplung 40 im Bereich zwischen dem Punkt I und dem Punkt II stetig angehoben wird. Dies hat zur Folge, dass sich der Verteilungsgrad des Antriebsmomentes zwischen den beiden Fahrzeugachsen ausgehend von dem Grundverteilungsgrad ändert, da mit steigender Übertragungsfähigkeit der ersten Kupplung 40 ein zunehmender Teil des Antriebsmomentes auf die Fahrzeugvorderachse 5 geführt wird.
Bei Vorliegen des Betriebszustandes des Antriebsstranges 1, der dem Punkt II des Diagramms gemäß 3 entspricht und bei dem sich beide Kupplungen 40 und 42 in synchronem Zustand befinden, werden die beiden Abtriebswellen des Verteilergetriebes 4, welche vorliegend von dem Planetenträger 36 des Verteilerradsatzes 35 und der Welle 48 entsprechen, mit gleichen Drehzahlen angetrieben, da das Verteilergetriebe 4 gesperrt ist und als Block umläuft.
In einem Bereich zwischen dem zweiten Punkt II und einem dritten Punkt III des Diagramms gemäß 3 wird die Übertragungsfähigkeit der ersten Kupplung 40 derart geregelt und gesteuert eingestellt, dass die erste Kupplung 40 in ihrem Synchronzustand gehalten wird. Gleichzeitig wird die Übertragungsfähigkeit der zweiten Kupplung 42 ausgehend von dem oberen Grenzwert W(o) der Übertragungsfähigkeit, bei welchem die zweite Kupplung 42 synchron ist, stetig in Richtung des unteren Grenzwertes W(u) der Übertragungsfähigkeit reduziert, bei dem die zweite Kupplung 42 im Wesentlichen kein Drehmoment mehr in Richtung der Fahrzeughinterachse 6 überträgt.
Wie der 3 zu entnehmen ist, steigt der Verlauf vt des Verteilungsgrades des Antriebsmomentes zwischen den Fahrzeugachsen 5 und 6 mit zunehmender Reduzierung der Übertragungsfähigkeit der zweiten Kupplung 42 bis hin zu seinem maximalen Wert im Punkt III an, bei dem das Abtriebmoment vollständig auf die Vorderachse 5 übertragen wird.
Mittels der beiden steuer- und regelbaren Kupplungen 40 und 42 besteht die Möglichkeit, das Antriebsmoment der Antriebsmaschine 2 bzw. das Getriebeausgangsmoment des Getriebes 3 bedarfsgerecht, stufenlos und wirkungsgradoptimiert zwischen den beiden Fahrzeugachsen 5 und 6 zu verteilen. Eine Verbesserung des Wirkungsgrades wird einerseits durch die vorbeschriebene erfindungsgemäße Vorgehensweise bei der Steuerung und Regelung der beiden Kupplungen 40 und 42 erreicht, da stets eine der beiden Kupplungen 40 bzw. 42 schlupffrei betrieben wird, während die andere Kupplung 42 bzw. 40 mit einer mit der betriebssituationsabhängigen Antriebsleistungsverteilung im Antriebsstrang korrespondierenden Differenzdrehzahl betrieben wird. Mittels dieser Betriebsstrategie lassen sich die Reibungsverluste mit allen Vorteilen eines kupplungsgesteuerten Allradantriebes minimieren.
Andererseits wird der Wirkungsgrad des Antriebsstranges auch dadurch verbessert, dass zur Darstellung eines Grundverteilungsgrades des Getriebeausgangsmomentes zwischen den beiden Fahrzeugachsen 5 und 6, der einem bevorzugten Verteilungsgrad des Getriebeausgangsmomentes entspricht, keine der beiden Kupplungen 40 und 42 schlupfend betrieben werden muss.
Des Weiteren besteht durch den Einsatz der beiden steuer- und regelbaren Kupplungen 40 und 42 im Verteilergetriebe 4 vorteilhafterweise die Möglichkeit, das Getriebe 3 ohne ein separates Anfahrelement, wie beispielsweise einen hydrodynamischen Drehmomentwandler oder eine reibschlüssige Anfahrkupplung, auszuführen oder ein Anfahrelement als zusätzliches Bauelement in den Antriebsstrang integrieren zu müssen, da entweder eine der beiden Kupplungen 40 bzw. 42 oder beide Kupplungen 40 und 42 die Funktion eines Anfahrelementes übernehmen können und über bereits vorhandene Ansteuerungselemente solcher aus der Praxis bekannte separater Anfahrelemente angesteuert werden können. Damit ist lediglich ein weiterer Ansteuerungspfad für die Kupplungen 40 und 42 erforderlich, um die vorbeschriebene Veränderung des Verteilungsgrades des Antriebsmomentes zwischen den Fahrzeugachsen durchführen zu können.
Dabei besteht zusätzlich die Möglichkeit, die während eines Anfahrvorganges von einem herkömmlichen Anfahrelement aufzunehmende Reibleistung bzw. Reibarbeit auf die beiden Kupplungen 40 und 42 aufzuteilen. Das bedeutet, dass in Abhängigkeit der Wärmeentwicklung in den beiden Kupplungen 40 und 42 die jeweils weniger belastete Kupplung 40 oder 42 als Anfahrkupplung herangezogen werden kann.
Selbstverständlich liegt es im Ermessen des Fachmannes die beiden Kupplungen 40 und 42 während des Anfahrvorganges derart anzusteuern, dass die Funktionalität eines Anfahrelementes zunächst von der ersten Kupplung 40 und anschließend von der zweiten Kupplung 42 oder umgekehrt zur Verfügung gestellt wird. Das bedeutet natürlich auch, dass in Abhängigkeit der Reibbelastung während des Anfahrvorganges zwischen den beiden Kupplungen gewechselt wird oder auch nur eine der beiden Kupplungen als Anfahrelement verwendet werden kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Verteilergetriebe besteht auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, eine Anfahrstrategie an den jeweiligen Typ der Antriebsmaschine anzupassen. So besteht die Möglichkeit, die beiden Kupplungen 40 und 42 des Verteilergetriebes 4 als Anfahrhilfe für ein mit einer Dieselbrennkraftmaschine ausgeführten Antriebsstrang einzusetzen, da abgasaufgeladene Dieselbrennkraftmaschinen bekannterweise eine Anfahrschwäche aufweisen. Bei einem Anfahren über die beiden Kupplungen 40 und 42 kann der Abtrieb des Kraftfahrzeuges zunächst von der Dieselbrennkraftmaschine entkoppelt werden und auf eine für einen anfahr-leistungsbetonten Anfahrvorgang erforderliche Drehzahl geführt werden. Bei Erreichen dieser Drehzahl wird der Kraftfluss zwischen der Dieselbrennkraftmaschine und dem Abtrieb des Fahrzeuges über die beiden Kupplungen 40 und 42 auf einfache Art und Weise wieder hergestellt.
Ist das Getriebe 3 beispielsweise als ein stufenloses Getriebe mit einem Kettenvariator ausgeführt, besteht vorteilhafterweise die Möglichkeit, den Variator bei stehendem Fahrzeug in seine Anfahrübersetzung zu verstellen, da der stehende Abtrieb des Fahrzeuges bei gleichzeitig geöffneten Kupplungen 40 und 42 des Verteilergetriebes 4 von dem Getriebe 3 getrennt ist.
Darüber hinaus ist aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Antriebsstranges 1 mit dem Verteilergetriebe 4, das mit den beiden Kupplungen 40 und 42 ausgeführt ist, eine optimale Beeinflussung der Fahrdynamik, der Traktion sowie der Stabilität eines Fahrzeuges gewährleistet. Des Weiteren ist der Antriebsstrang 1 im Vergleich zu aus der Praxis bekannten Lösungen durch ein geringeres Gewicht gekennzeichnet. Anfahrvorgänge sind bereits im Allradmodus durchführbar, womit eine maximale Beschleunigung bei variierbarer Momentenverteilung zur Verfügung gestellt wird.
Die beiden Kupplungen 40 und 42 des Verteilergetriebes 41 sind in geeigneter Weise derart zu dimensionieren, dass das Antriebsmoment bzw. das Getriebeausgangsmoment des Getriebes 1 auch bei Dynamikeffekten im Antriebsstrang, wie einem Radabriss, der bei einem plötzlichen Verlust der Haftreibung der Antriebsräder auftritt, oder einem Reibwertsprung des Untergrunds, der beispielsweise bei Überfahren von Eisplatten stattfindet, auf jeden Fall über die Kupplungen 40 und 42 zu den beiden Fahrzeugachsen 5 und 6 führbar ist.
Aufgrund der Möglichkeit der Integration des Verteilergetriebes 4 in das Getriebe 3 ergibt sich gegenüber herkömmlichen und von Hauptgetrieben getrennt ausgeführten Verteilergetrieben ein erhebliches Optimierungspotenzial, da Schnittstellen zwischen dem Getriebe 3 und dem Verteilergetriebe 4 entfallen und Schmier- und Kühlkreisläufe sowie eine hydraulische Aktuatorik des Getriebes 3 mit der Aktuatorik 50 des Verteilergetriebes miteinander verbunden werden können.
Weiter Bezug nehmend auf 4 bis 6 sind drei verschiedene Ausführungsformen des Verteilergetriebes 4 dargestellt, wobei die in 4 dargestellte Ausführungsform des Verteilergetriebes 4 im Wesentlichen dem in 1 dargestellten Verteilergetriebe entspricht. Das in 5 dargestellte Verteilergetriebe 4 unterscheidet sich von dem in 4 dargestellten Verteilergetriebe lediglich in der Ausgestaltung des Verteilerradsatzes 35, der bei der Ausführung gemäß 5 als ungestufter, einteiliger Planet mit kegeligen Zentralrädern in Beveloidbauweise ausgeführt ist. Das in 6 grafisch dargestellte Verteilergetriebe 4 ist mit zwei Verteilerradsätzen 35A und 35B ausgeführt, wodurch sich die später beschriebene Funktionalität des Verteilergetriebes 4 ergibt.
Die beiden Kupplungen 40 und 42 des Verteilergetriebes 4 werden bei den in 4 bis 6 dargestellten Ausführungsformen über die mit elektrohydraulischen Komponenten ausgeführte Aktuatorik 50 angesteuert, wobei die Aktuatorik 50 im Bereich der zweiten Kupplung 42 hier beispielhaft zusätzlich mit einer mechanischen Komponente 51 ausgeführt ist, mittels der eine Fahrbarkeit eines mit dem Verteilergetriebe 4 ausgeführten Fahrzeuges beim Ausfall der elektrohydraulischen Komponente der Aktuatorik 50 sichergestellt wird. Die mechanische Komponente 51 der Aktuatorik 50 ist vorliegend als eine Federeinrichtung ausgeführt, die die zweite Kupplung 42 ohne den von der elektrohydraulischen Komponente der Aktuatorik 50 anliegenden Ansteuerdruck in einem synchronen Zustand bzw. in einem geschlossenen Zustand hält. Das bedeutet, dass die zweite Kupplung 42 von der elektrohydraulischen Komponente der Aktuatorik 50 durch einen entsprechenden Ansteuerdruck bedarfsweise geöffnet oder derart schlupfend betrieben werden kann, dass die vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Zustände des Verteilergetriebes 4 bzw. des Antriebsstranges 1 darstellbar sind.
Die Ausgestaltung der Aktuatorik 50 mit den elektrohydraulischen Komponenten und der mechanischen Komponente 51 bietet zusätzlich die Funktionalität einer Parkbremse, welche bei einer Kombination des Verteilergetriebes mit einem als Automatgetriebe ausgeführten Getriebe 3 zur Fahrzeugsicherung im Fahrzeugstillstand abtriebsseitig des Hauptgetriebes benötigt wird.
Selbstverständlich liegt es im Ermessen des Fachmannes, das Getriebe 1 mit einer herkömmlichen Parksperreneinrichtung 52 auszuführen, welche, wie in 4 und 5 dargestellt, der Welle 48 zugeordnet sein kann, oder wie in 6 dargestellt, der ersten Abtriebswelle 55 des Verteilergetriebes 4 zugeordnet sein kann. Voraussetzung ist, dass eine Parksperreneinrichtung im Kraftfluss des Antriebsstranges 1 den beiden Abtriebswellen des Verteilergetriebes 1 und den beiden Kupplungen 40 und 42 nachgeschaltet angeordnet wird, da bei stehendem Fahrzeug von der Aktuatorik kein hydraulischer Ansteuerdruck an den beiden Kupplungen 40 und 42 anliegt und die Kupplungen geöffnet sind. Damit ist der Abtrieb von der Abtriebsmaschine entkoppelt und frei bewegbar.
Der Verteilerradsatz 35 ist bei der Ausführungsform des Verteilergetriebes 4 gemäß 4 als ein Plusradsatz ausgeführt, mit dem bei synchroner zweiter Kupplung 42 und mit einer Übertragungsfähigkeit des ersten Schaltelementes, bei der im Wesentlichen kein Drehmoment über die erste Kupplung 40 führbar ist, konstruktiv ein Grundverteilungsgrad definierbar ist, bei dem der der Fahrzeugvorderachse 5 zuzuführende Anteil des Getriebeausgangsmomentes kleiner als 30% ist.
Bei einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verteilergetriebes kann der Verteilerradsatz selbstverständlich auch als Minusradsatz ausgeführt sein, mit welchem jeweils ein Grundverteilungsgrad definierbar ist, bei dem der der Fahrzeugvorderachse zuzuführende Anteil des Getriebeausgangsmomentes größer als 30% ist.
Um einen Grundverteilungsgrad zur Verfügung stellen zu können, bei welchem der der Fahrzeugvorderachse zuzuführende Anteil des Getriebeausgangsmoments kleiner als 30% ist, sind die Planetenräder 37A und 37B des Doppelplaneten 37 mit zwei Verzahnungsstufen auszuführen. Dazu können die Planetenräder 37A und 37B mit gleicher Zähnezahl und ungleichen Moduli oder jeweils mit gleichem Modul jedoch mit ungleicher Zähnezahl ausgeführt sein. Dabei ist es jedoch erforderlich, dass die beiden Verzahnungen exakt zueinander positioniert sind, was jedoch einen hohen Fertigungsaufwand nach sich zieht.
Diese Fertigungsproblematik wird bei der in 5 dargestellten Ausführungsform des Verteilergetriebes 4 umgangen, indem die beiden Verzahnungsebenen des Verteilerradsatzes 35 in Beveloidbauweise ausgeführt werden. Dabei sind die beiden Planetenräder 37A und 37B des Doppelplaneten 37 als ungestufter, einteiliger, zylindrischer Wälzkörper ausgeführt, in die die beiden Sonnenräder 34 und 38 des Verteilerradsatzes 35 eingreifen. Aufgrund der einteiligen Ausgestaltung des Doppelplaneten 37 werden fertigungsbedingte Werkzeugausläufe vermieden, wodurch eine deutlich kompaktere Bauweise erreicht wird und eine Positionierung der Zahnprofile der beiden Planetenräder zueinander obsolet ist.
Das in 6 dargestellte Ausführungsbeispiel des Verteilergetriebes 4 ist mit zwei Verteilerradsätzen 35A und 35B ausgeführt, wobei der erste Verteilerradsatz als einfacher Planetenradsatz und der zweite Verteilerradsatz 35B als Doppelplanetensatz ausgeführt ist. Ein Planetenträger 53 des ersten Verteilerradsatzes 35A ist mit der Getriebeabtriebswelle 33 des Getriebes 3 verbunden. Ein Sonnenrad 54 des ersten Verteilerradsatzes 35A ist mit der ersten Abtriebswelle 55 des Verteilergetriebes 4 verbunden, welche vorliegend in beliebiger Art und Weise mit der Fahrzeugvorderachse 5 des in 1 dargestellten Antriebsstranges 1 wirkverbunden ist. Ein Hohlrad 56 des ersten Verteilerradsatzes 35A ist mit einem Hohlrad 57 des zweiten Verteilerradsatzes 35B verbunden. Ein Planetenträger 58 des zweiten Verteilerradsatzes 35B ist mit einer zweiten Abtriebswelle 59 des Verteilergetriebes 4, welche vorliegend zur Fahrzeughinterachse 6 eines Antriebsstranges eines Fahrzeugs führt, verbunden. Zwischen einem Sonnenrad 60 des zweiten Verteilerradsatzes 35B und dem Sonnenrad 54 des ersten Verteilerradsatzes 35A sowie zwischen dem Planetenträger 58 des zweiten Verteilerradsatzes 35B und dem Sonnenrad 60 des zweiten Verteilerradsatzes 35B ist jeweils die erste Kupplung 40 bzw. die zweite Kupplung 42 angeordnet.
Die beiden Kupplungen 40 und 42 sind vorliegend als steuer- und regelbare reibschlüssige Lamellenkupplungen ausgeführt, deren Übertragungsfähigkeiten jeweils über die Aktuatorik 50 einstellbar sind. Mit den reibschlüssigen Kupplungen 40 und 42 besteht die Möglichkeit, ein Antriebsmoment einer Antriebsmaschine bzw. ein Getriebeausgangsmoment eines Getriebes variabel und bedarfsgerecht zwischen den beiden Abtriebswellen 55 und 59 des Verteilergetriebes 4 zu verteilen.
Die Ansteuerung der beiden Kupplungen 40 und 42 sowie die daraus resultierende Verteilung des an dem Verteilergetriebe anliegenden Antriebsmomentes zwischen den beiden Fahrzeugachsen 5 und 6 bzw. den Abtriebswellen 55 und 59 entspricht grundsätzlich der vorstehenden Beschreibung der Ansteuerung der Kupplungen des Ausführungsbeispieles gemäß 1, wobei sich aufgrund der beiden Verteilerradsätze 35A und 35B in Verbindung mit der Ansteuerung der beiden Kupplungen 40 und 42 andere Grenzen für die einstellbaren Werte eines Verteilungsgrades des Antriebsmomentes zwischen den beiden Fahrzeugachsen 5 und 6 als bei dem in 1, 4 und 5 dargestellten Verteilergetriebe 4 einstellen.
Dies ist darin begründet, dass die beiden verteilerradsätze 35A und 35B entsprechend ihrer konstruktiven Ausgestaltung jeweils ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis aufweisen. Diese Übersetzungsverhältnisse der beiden Verteilerradsätze 35A und 35B bestimmen zwei verschiedene Grundverteilungsgrade, welche sich bei geschlossener erster Kupplung 40 oder bei geschlossener zweiter Kupplung 42 bei gleichzeitig geöffneter zweiter Kupplung 42 bzw. gleichzeitig geöffneter erster Kupplung 40 einstellen. D. h., dass zur Einstellung definierter Grundverteilungsgrade jeweils Verteilerradsätze mit den entsprechenden mechanisch vorgegebenen Übersetzungen vorzusehen sind. Die sich in Abhängigkeit der Ansteuerung der beiden Kupplungen 40 und 42 jeweils einstellenden Grundverteilungsgrade des Verteilergetriebes 4 sind in allen Fahrsituationen eines Fahrzeugs, wie in einer Vorwärtsfahrt, einer Rückwärtsfahrt, einem Zug- oder Schubbetrieb des Antriebsstranges oder während einer Kurvenfahrt wirksam.
So wird bei geschlossener zweiter Kupplung 42 der zweite Verteilerradsatz 35B überbrückt und das Antriebsmoment wird dem zweiten Grundverteilungsgrad entsprechend, bei dem beispielsweise 30% des Antriebsmomentes auf die Fahrzeugvorderachse 5 und 70% des Antriebsmomentes auf die Fahrzeughinterachse 6 des Antriebsstranges 1 geführt wird, verteilt. Gleichzeitig führt der erste Verteilerradsatz 35A wie ein aus der Praxis an sich bekanntes offenes Differenzial lediglich Ausgleichsbewegungen aus, wodurch Verspannungen im Antriebsstrang 1 vermieden werden. Der zweite Verteilerradsatz 35B verläuft verlustfrei in verblocktem Zustand um, wobei das Fahrzeug mit dominierender Hinterachse zum Übersteuern neigt.
Bei geschlossener erster Kupplung 40 und gleichzeitig geöffneter zweiter Kupplung 42 wird das Antriebsmoment zwischen den beiden Abtriebswellen 55 und 59 des Verteilergetriebes 4 dem ersten Grundverteilungsgrad entsprechend verteilt, wobei der Grundverteilungsgrad konstruktiv derart festgelegt sein kann, dass 60% des Antriebsmomentes auf die Fahrzeugvorderachse und 40% des Antriebsmomentes auf die Fahrzeughinterachse des Antriebsstranges 1 geführt wird. Die beiden Verteilerradsätze 35A und 35B führen in diesem Betriebszustand der Kupplungen 40 und 42 lediglich Ausgleichsbewegungen aufgrund unterschiedlicher Schlupfzustände an den Antriebsrädern sowie unterschiedlicher Kurvenradien während Kurvenfahrten aus und das Fahrzeug neigt mit dominierender Fahrzeugvorderachse zum Untersteuern.
Werden beide Kupplungen 40, 42 gleichzeitig geschlossen bzw. in synchronem Zustand betrieben, sind die beiden Verteilerradsätze 35A und 35B gesperrt bzw. verblockt, so dass keine getriebeseitige Ausgleichstätigkeit vorliegt und bei schwierigen Fahrbahnverhältnissen eine optimale Traktion zur Verfügung gestellt werden kann.
Durch eine geeignete Ansteuerung können zwischen den beiden Grundverteilungsgraden des Antriebsmomentes zwischen den Abtriebswellen 55 und 59 des Verteilergetriebes 4, die eindeutige Betriebszustände darstellen, stufenlos alle Verteilungsgrade eingestellt werden, um die für die jeweilige Fahrsituation günstigste Antriebscharakteristik erzeugen zu können. So besteht beispielsweise die Möglichkeit während eines Anfahrvorganges oder bei sprungartigen Änderungen des Reibwertes des Untergrunds die antreibbaren Fahrzeugachsen des Antriebsstranges eines Fahrzeugs mit gleichen Drehzahlen anzutreiben, was durch gleichzeitiges Schließen der beiden Kupplungen 40 und 42 erreicht wird.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, den Antriebsstrang 1 während einer gradlinigen Bewegung oder in leichten Kurven mit einer dominierenden Hinterachse darzustellen, wozu die zweite Kupplung 42 in synchronem Zustand zu betreiben ist und über die erste Kupplung 16 im Wesentlichen kein Drehmoment zu führen ist. Dieser Betriebszustand des Antriebsstrangs ist zudem auch für ein Notprogramm geeignet, welches beim Ausfall der erfindungsgemäßen Ansteuerung der beiden Kupplungen 40 und 42 zur Verfügung gestellt wird und bei dem die zweite Kupplung 42 über die entsprechend ausgeführte Aktuatorik 50, vorzugsweise mit einer als Federspeicher ausgeführten mechanischen Komponente 51, in geschlossenem Zustand gehalten wird.
In Kurvenfahrten, in welchen eine im Wesentlichen untersteuerndes Fahrverhalten eines Fahrzeuges erwünscht ist, wird die erste Kupplung bei gleichzeitig geöffneter zweiter Kupplung in synchronem Zustand betrieben, so dass das Fahrzeug mit einer dominierenden Vorderachse dargestellt wird.
Alternativ hierzu kann die mechanische Komponente der Aktuatorik auch als ein ungeregelter Hydraulikzylinder geführt sein, mittels welcher die zweite Kupplung des Verteilergetriebes, welche der Fahrzeughinterachse zugeordnet ist, in geschlossenem bzw. synchronem Zustand gehalten wird.
Werden die beiden Kupplungen mittels hydraulischen Zylindern mit einer gemeinsamen Verbindung zu einem einzigen Steuerdruck betätigt, könnend durch die Höhe des Druckniveaus des Steuerdrucks drei stabile Betriebssituationen erzeugt werden. Ist der Steuerdruck unterhalb eines ersten unteren Druckwertes, ist die zweite Kupplung 42 aufgrund der mechanischen Komponente, d. h. dem Federspeicher, oder einem ungeregelten Hydraulikzylinder geschlossen. Entspricht der Steuerdruck einem mittleren Druckwert, wird eine sogenannte Sperrsituation des Verteilergetriebes 4 dargestellt, bei dem beide Kupplungen 40 und 42 geschlossen sind. Das bedeutet, dass bei Vorliegen des mittleren Druckwertes des Steuerdrucks die Schließkraft der mechanischen Komponente 51 der Aktuatorik 50, die alternativ auch als ungeregelter Hydraulikzylinder ausgeführt sein kann, gerade noch ausreicht, die zweite Kupplung 42 geschlossen zu halten.
Die dritte stabile Betriebssituation liegt dann vor, wenn der Steuerdruck einem hohen Druckwert entspricht, bei der die erste Kupplung 40 geschlossen ist und die elektrohydraulische Komponente der Aktuatorik 50 der Schließkraft der mechanischen Komponente 51 bzw. der Schließkraft des ungeregelten Hydraulikzylinders derart entgegenwirkt, dass die Übertragungsfähigkeit der zweiten Kupplung 42 reduziert wird und die zweite Kupplung 42 zumindest schlupfend betrieben wird.
Selbstverständlich kann es alternativ hierzu auch vorgesehen sein, die beiden Kupplungen des Verteilergetriebes jeweils mit einem eigenen Drucksignal anzusteuern. In diesem Fall entfällt der erzwungene und von dem Steuerdruck unabhängige Schließzustand der zweiten Kupplung 42, was die Anordnung einer herkömmlichen Parksperreneinrichtung mit untrennbarer mechanischer Anbindung an eine der Fahrzeugachsen des Antriebsstranges zwingend erforderlich macht.
Die vorbeschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verteilergetriebes mit den beiden Kupplungen und mit einem Verteilerradsatz oder mit zwei Verteilerradsätzen bieten vorteilhafterweise die Möglichkeit, während des Betriebs eines Antriebsstrang ein Antriebsmoment einer Antriebsmaschine mit variierbaren Verteilungsgraden zwischen zwei antreibbaren Fahrzeugachsen mit geringem konstruktiven Aufwand sowie im Vergleich zu aus der Praxis bekannten Lösungen mit reduziertem Bauraumbedarf zu verteilen. Damit kann eine dem jeweiligen Fahrzeugtyp angepasste variable Momentenverteilung dargestellt werden, mittels der charakteristische Fahrdynamikeigenschaften erzielt werden können.

1: Antriebsstrang
2: Antriebsmaschine
3: Getriebe
4: Verteilergetriebe
5: Fahrzeugvorderachse
6: Fahrzeugvorderachse
7: erster Planetenradsatz
8: zweiter Planetenradsatz
9: Schaltschema
10: Einrichtung zur Schwingungsentkopplung
11: Getriebeeingangswelle
12: Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
13: Außenlamellenträger des Schaltelementes E
14: Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
15: Planetenräder des ersten Planetenradsatzes
16: Planetenträger des ersten Planetenradsatzes
17: Getriebegehäuse
18: Außenlamellenträger des Schaltelementes A
19: Außenlamellenträger des Schaltelementes B
20: Innenlamellenträger des Schaltelementes E
21: Planenträger des zweiten Planetenradsatzes
22: Innenlamellenträges des Schaltelementes A
23: kleines Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes
24: Innenlamellenträger des Schaltelementes B
25: großes Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes
26: Innenlamellenträger des Schaltelementes C
27: Außenlamellenträger des Schaltelementes C
28: Außenlamellenträger des Schaltelementes D
29: Innenlamellenträger des Schaltelementes D
30: Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
31: breite Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes
32: schmale Planetenräder des zweiten Planetenradsat
: zes
33: Getriebeabtriebswelle
34: Sonnenrad des Verteilerradsatzes
35: Verteilerradsatz
35A: erster Verteilerradsatz
35B: zweiter Verteilerradsatz
36: Planetenträger des Verteilerradsatzes
37: Doppelplanet des Verteilerradsatzes
37A, 37B: Planetenrad des Doppelplaneten
38: zweites Sonnenrad des Verteilerradsatzes
39: Innenlamellenträger der ersten Kupplung
40: erstes reibschlüssiges Schaltelement, erste Kupp
: lung
41: Außenlamellenträger des zweiten reibschlüssigen
: Schaltelementes
42: zweites reibschlüssiges Schaltelement, zweite
: Kupplung
43: Außenlamellenträger der ersten Kupplung
44: Zahnrad
45: Zahnradstufe
45A, 45B: Stirnrad
46: Seitenwelle
47: Innenlamellenträger der zweiten Kupplung
48: Welle
49: Ausgangswelle
50: Aktuatorik
51: mechanische Komponente der Aktuatorik
52: Parksperreneinrichtung
53: Planetenträger des ersten Verteilerradsatzes
54: Sonnenrad des ersten Verteilerradsatzes
55: erste Abtriebswelle des Verteilergetriebes
56: Hohlrad des ersten Verteilerradsatzes
57: Hohlrad des zweiten Verteilerradsatzes
58: Planetenträger des zweiten Verteilerradsatzes
59: zweite Abtriebswelle des Verteilergetriebes
60: Sonnenrad des zweiten Verteilerradsatzes
61: Antriebswelle des Verteilergetriebes
gk_40: Verlauf der Übertragungsfähigkeit der ersten Kupp
: lung
gk_42: Verlauf der Übertragungsfähigkeit der zweiten
: Kupplung
vt: Verteilungsgrad

Claims

Verteilergetriebe (4) mit einer mit einer Antriebsmaschine (2) verbundenen Antriebswelle (61) und zwei Abtriebswellen (36, 48; 55, 59), wobei jeweils in einem Leistungsstrang zwischen der Antriebswelle (61) und einer der Abtriebswellen (36, 48; 55, 59) ein Schaltelement (40, 42) mit stufenlos variierbarer Übertragungsfähigkeit angeordnet ist und ein Verteilungsgrad des Antriebsmoments der Antriebsmaschine (2) zwischen den beiden Abtriebswellen (55, 59) in Abhängigkeit der jeweils steuer- und regelbaren Übertragungsfähigkeiten der Schaltelemente (40, 42) einstellbar ist, wobei im Kraftfluss zwischen der Antriebswelle (49) und den beiden Abtriebswellen (36, 48; 55, 59) wenigstens ein Verteilerradsatz (35; 35A, 35B) mit definierter Übersetzung derart angeordnet ist, dass das Antriebsmoment bei Vorliegen des ersten Schaltelementes (40) mit einer Übertragungsfähigkeit, bei der über das erste Schaltelement (40) im Wesentlichen kein Drehmoment führbar ist, und in synchronem Zustand des zweiten Schaltelements (42) mit einem mit der Übersetzung des Verteilerradsatzes (35; 35A, 35B) korrespondierenden Grundverteilungsgrad zwischen den beiden Abtriebswellen (36, 48; 55, 59) verteilbar ist.
Verteilergetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerradsatz (35) als ein Plusradsatz ausgebildet ist.
Verteilergetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerradsatz (35) als ein Minusradsatz ausgebildet ist.
Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerradsatz (35) als ein Stufenplanetensatz ausgebildet ist.
Verteilergetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerradsatz (35) in Beveloidbauweise ausgeführt ist.
Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (40, 42) derart in den Leistungssträngen angeordnet sind, dass bei gleichzeitig synchronem Betriebszustand der beiden Schaltelemente (40, 42) die Abtriebswellen (36, 48) mit derselben Drehzahl angetrieben werden.
Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen des zweiten Schaltelementes (42) mit einer Übertragungsfähigkeit, bei dem im Wesentlichen kein Drehmoment über das zweite Schaltelement (42) führbar ist, und bei gleichzeitig synchronem ersten Schaltelement (40), das Antriebsmoment der Antriebsmaschine (2) vollständig auf die dem ersten Schaltelement (40) zugeordnete Abtriebswelle (36) führbar ist.
Verteilergetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftfluss zwischen der Antriebswelle (49) und den beiden Abtriebswellen (55, 59) jeweils ein Verteilerradsatz (35A, 35B) mit definierter Übersetzung derart angeordnet ist, dass das Antriebsmoment bei Vorliegen des ersten Schaltelementes (40) mit einer Übertragungsfähigkeit, bei der über das erste Schaltelement (40) im Wesentlichen kein Drehmoment führbar ist, und in synchronem Zustand des zweiten Schaltelements (42) mit einem mit der Übersetzung des ersten Verteilerradsatzes (35A) korrespondierenden Grundverteilungsgrad zwischen den beiden Abtriebswellen (55, 59) verteilbar ist.
Verteilergetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmoment bei Vorliegen des zweiten Schaltelementes (42) mit einer Übertragungsfähigkeit, bei der über das zweite Schaltelement (42) im Wesentlichen kein Drehmoment führbar ist, und in synchronem Zustand des ersten Schaltelements (40) mit einem mit den Übersetzungen der beiden Verteilerradsätze (35A und 35B) korrespondierende Grundverteilungsgrad zwischen den beiden Abtriebswellen (55, 59) verteilbar ist.
Verteilergetriebe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (40, 42) derart in den Leistungssträngen angeordnet sind, dass bei gleichzeitig synchronem Betriebszustand der beiden Schaltelemente (40, 42) die Abtriebswellen (50, 59) mit derselben Drehzahl angetrieben werden.
Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verteilerradsatz (35A) als Planetenradsatz und der zweite Verteilerradsatz (35B) als Doppelplanetenradsatz ausgebildet ist.
Verteilergetriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hohlrad (56) des ersten Verteilerradsatzes (35A) und ein Hohlrad (57) des zweiten Verteilerradsatzes (35B) miteinander wirkverbunden sind.
Verteilergetriebe nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sonnenrad (54) des ersten Verteilerradsatzes (35A) und ein Sonnenrad (60) des zweiten Verteilerradsatzes (35B) über das zweite Schaltelement (42) miteinander in Wirkverbindung bringbar sind.
Verteilergetriebe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Planetenträger (58) des zweiten Verteilerradsatzes (35B) und das Sonnenrad (54) des ersten Verteilerradsatzes (35A) über das erste Schaltelement (40) in Wirkverbindung bringbar sind.
Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (40, 42) über eine gemeinsame elektrohydraulische Aktuatorik (50) ansteuerbar sind.
Verteilergetriebe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatorik (50) wenigstens im Bereich des zweiten Schaltelementes (42) mit einer zusätzlichen mechanischen Komponente (51) ausgebildet ist, die das zweite Schaltelement (42) entgegen einem Ansteuerdruck der Aktuatorik (50) mit einer in Schließrichtung des zweiten Schaltelementes (42) wirkenden Kraft beaufschlagt.
Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der beiden Abtriebswellen (36, 48; 55, 59) eine Parksperreneinrichtung (52) zugeordnet ist.
Verteilergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der beiden Schaltelemente (40, 42) als reibschlüssige Kupplung ausgebildet ist und als Anfahrelement in einen Antriebsstrang (1) eines Fahrzeuges verwendbar ist.