DE102005022528B4

DE102005022528B4 - Fahrzeugantriebsstrang mit Zweirad- und Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnissen

Info

Publication number: DE102005022528B4
Application number: DE102005022528A
Authority: DE
Inventors: Raymond J. Haka
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2012-04-26
Anticipated expiration: 2025-05-18
Also published as: US7062984B2; US20050261100A1; DE102005022528A1

Abstract

Fahrzeugantriebsstrang (10), umfassend:
eine Getriebeabtriebswelle (22),
einen Planetenradsatz (26) mit einem ersten, zweiten und dritten Element (36, 38, 40),
einen Verteilerantrieb (30), der mit dem ersten Element (40) in Antriebsverbindung steht,
einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus (24), der die Getriebeabtriebswelle einzeln mit dem ersten Element (40) oder dem zweiten Element (38) verbindet, und
einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus (28), der das dritte Element (36) selektiv mit einem feststehenden Gehäuse (41) verbindet,
einen ersten Achsantriebsmechanismus (18), der mittelbar über den Verteilerantrieb (30) kontinuierlich mit dem ersten Element (40) verbunden ist; und
einen zweiten Achsantriebsmechanismus (16), der kontinuierlich mit dem zweiten Element (38) verbunden ist,
wobei die Drehmomentübertragungsmechanismen (24, 28) einzeln oder in Kombination für einen ersten Antriebsweg durch den ersten Achsantriebmechanismus (18), für einen zweiten Antriebsweg durch den zweiten Achsantriebmechanismus (16), für einen dritten Vierradantriebsweg durch beide Achsantriebsmechanismen (16, 18) und für einen vierten Vierradantriebsweg durch beide...

Description

Diese Erfindung betrifft Fahrzeugantriebsstränge und im Besonderen Fahrzeugantriebsstränge mit einem Verteilergetriebe, das sowohl einen Zweiradantrieb als auch einen Vierradantrieb bereitstellt.
Typischerweise umfassen Kraftfahrzeugverteilergetriebe eine Zweigang-Planetenradanordnung. Eine der Anordnungen stellt einen Hinterradantrieb in einem hohen Übersetzungsverhältnisbereich bereit, und die andere stellt einen Vierradantrieb in einem hohen Übersetzungsverhältnisbereich und auch einen Vierradantrieb in einem niedrigen Übersetzungsverhältnisbereich bereit. Obgleich eine solche Anordnung bei Pkws effektiv ist, können Verbesserungen vorgenommen werden, wenn sie in Lkw-Anwendungen, wie etwa Pickup-Lkws angewandt werden. Wenn ein Pickup-Lkw unbeladen betrieben wird, liegt der Großteil des Fahrzeuggewichtes auf der Vorderachse. Wenn jedoch der Pickup-Lkw beladen ist, liegt der Großteil des Fahrzeuggewichtes auf der Hinterachse.
Aus der DE 102 55 727 A1 ist ein Fahrzeugantriebsstrang mit einem Planetenradsatz bekannt, bei dem das Getriebeabtriebsmittel ein erstes Element in Form eines Planetenträgers antreibt und ein erstes Achsantriebsmittel mit dem Hohlrad und ein zweites Achsantriebsmittel mit dem Planetenträger verbunden ist. Das dritte Element in Form eines Sonnenrads kann über einen Drehmomentübertragungsmechanismus gebremst werden.
Aus der US 2002/0142877 A1 ist ein schaltbarer Kupplungsmechanismus für ein Fahrzeuggetriebe bekannt, durch den das Drehmoment einer Getriebeabtriebswelle selektiv einzeln mit Elementen eines Planetenradsatzes verbunden werden kann.
Aus der US 5,411,447 A und der US 3,963,085 A sind Verteilergetriebe für einen Fahrzeugantrieb mit Planetenradsätzen bekannt, bei denen unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse und sowohl Zweirad- als auch Vierradantriebsverhältnisse umgesetzt werden können.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Fahrzeugantriebsstrang bereitzustellen, der ein Verteilergetriebe aufweist, um sowohl Zweirad- als auch Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnisse zwischen einem Getriebeabtrieb und den Antriebsachsen des Fahrzeuges herzustellen.
Diese Aufgabe wird mit einem Fahrzeugantriebsstrang gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Verteilergetriebe mit zwei Drehmomentübertragungsmechanismen, einer Planetenradanordnung oder Planetenradradsatz und einem Antriebsverteilungsmechanismus versehen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist einer der Drehmomentübertragungsmechanismen wirksam, um zwei Elemente des Planetenradsatzes einzeln mit dem Getriebeabtriebselement zu verbinden, und der andere Drehmomentübertragungsmechanismus ist wirksam, um ein drittes Element des Planetenradsatzes mit einem feststehenden Gehäuse zu verbinden.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Antriebsstrang ein Hinterachs-Übersetzungsverhältnis auf, das durch einen Achsantriebsmechanismus bestimmt ist, und die Vorderachse weist ein Achsantriebs-Übersetzungsverhältnis auf, das durch sowohl einen Antriebsmechanismus als auch den Antriebsverteilungsmechanismus bestimmt ist.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Übersetzungsverhältnis des Planetenradsatzes mit den Achsantriebs-Übersetzungsverhältnissen der Vorder- und Hinterräder verknüpft, um ein niedriges Hinterradantriebs-Übersetzungsverhältnis, ein hohes Vorderradantriebs-Übersetzungsverhältnis, ein niedriges Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis und ein hohes Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis bereitzustellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung steht der erste der Drehmomentübertragungsmechanismen in Eingriff, um das Vorderradantriebs-Übersetzungsverhältnis herzustellen, und steht im Kombination mit dem zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus in Eingriff, um das hohe Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis bereitzustellen.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Zahlenwert des Vorderradantriebs-Achsantriebs-Übersetzungsverhältnisses niedriger als der das Hinterradantriebs-Achsantriebs-Übersetzungsverhältnis.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfassen die Drehmomentübertragungsmechanismen eine mechanische Kupplung, die den Getriebeabtrieb mit der Vorderachse verbindet, um ein hohes Zweiradantriebs-Übersetzungsverhältnis bereitzustellen, und ihn mit der Hinterachse verbindet, um ein niedriges Zweiradantriebs-Übersetzungsverhältnis bereitzustellen.
Gemäß einem abermals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung steht die mechanische Kupplung in Kombinationen mit dem anderen Drehmomentübertragungsmechanismus, der ein Bremsmechanismus ist, in Eingriff, um ein hohes Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis und ein niedriges Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis bereitzustellen.
Gemäß einem abermals weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Hohlrad/Sonnenrad-Übersetzungsverhältnis des Planetenradsatzes derart gewählt, dass es ein Hohlrad- und Trägerdrehzahlverhältnis aufweist, das zu den Hinter- und Vorderachs-Übersetzungsverhältnissen passen wird, wenn das Sonnenrad festgehalten wird.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen ist:
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugantriebsstrangs, der die vorliegende Erfindung enthält;
2 eine schematische Darstellung eines Planetenradsatzes, der in dem Antriebsstrang von 1 enthalten ist; und
3 ein Hebeldiagramm des Fahrzeugantriebsstrangs.
In den Zeichnungen, in denen in allen Ansichten gleiche Bezugszeichen die gleichen oder entsprechenden Teile darstellen, ist in 1 ein Fahrzeugantriebsstrang zu sehen, der allgemein mit 10 gekennzeichnet ist und ein herkömmliches Lastschaltgetriebe 12, ein Verteilergetriebe 14, einen hinteren Achsantriebsmechanismus 16 und einen vorderen Achsantriebsmechanismus 18 aufweist. Das Getriebe 12, das ein herkömmlicher Mechanismus ist, stellt mehrere Drehzahlverhältnisse zwischen einem Motor 20 und einer Getriebeabtriebswelle 22 bereit.
Die Getriebeabtriebswelle 22 steht, wie es am besten in 2 zu sehen ist, mit einem Drehmomentübertragungsmechanismus oder einer mechanischen Kupplung 24 in Antriebsverbindung, die eine A-Betriebsstellung und eine B-Betriebsstellung aufweist. Das Verteilergetriebe 14 umfasst den Drehmomentübertragungsmechanismus 24 sowie einen Planetenradsatz 26 und einen weiteren Drehmomentübertragungsmechanismus 28. Das Verteilergetriebe 14 umfasst auch einen Verteilerantrieb 30, wie etwa eine Kette oder einen Zahnradstrang. Der Verteilerantrieb 30 ist mit einer Treibwelle oder Antriebswelle 32 verbunden, die wiederum mit dem vorderen Achsantriebsmechanismus 18 verbunden ist. Der Planetenradsatz 26 weist auch eine Abtriebswelle 34 auf, die mit dem hinteren Achsantriebsmechanismus 16 in Antriebsverbindung steht.
Der Planetenradsatz 26 umfasst ein Sonnenrad 36, ein Hohlrad 38 und einen Planetenträger 40. Mehrere Planetenräder 42 sind an dem Planetenträger 40 drehbar montiert und in kämmender Beziehung mit dem Sonnenrad 36 und dem Hohlrad 38 angeordnet. Der Planetenradsatz 26 ist als einfacher Planetenradsatz gezeigt, d. h. als ein einzelner Satz von Planetenrädern zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad. Jedoch kann bei dieser Erfindung eine Anzahl von Planetenradsätzen angewandt werden die zusammengesetzte Planetenradsätze umfassen, bei denen Paare kämmender Planetenräder zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenrad angeordnet sind. Diese verschiedenen Planetenradsätze sind Fachleuten auf dem Gebiet bekannt, so dass es als nicht notwendig erachtet wird, jeden der Planetenradsätze, der angewandt werden könnte, zu zeigen und zu beschreiben.
An dem Drehmomentübertragungsmechanismus 24 kann zwischen der A-Stellung und der B-Stellung gewählt werden. In der A-Stellung ist die Getriebeabtriebswelle 22 direkt mit dem Hohlrad 38 verbunden. In der B-Stellung ist die Getriebeabtriebswelle 22 mit dem Planetenträger 40 verbunden. Der Drehmomentübertragungsmechanismus 28 ist ein Bremsmechanismus, der zwischen einen feststehenden Abschnitt 41 und das Sonnenrad 36 geschaltet ist. Wenn der Drehmomentübertragungsmechanismus 28 in Eingriff steht, wird das Sonnenrad 36 feststehend gehalten.
Der Verteilerantrieb 30 und das Hohlrad/Planetenrad-Übersetzungsverhältnis des vorderen Achsantriebsmechanismus 18 arbeiten zusammen, um das Gesamt-Vorderradantriebs-Übersetzungsverhältnis bereitzustellen. Der hintere Achsantriebsmechanismus 16 weist ein Übersetzungsverhältnis auf, das durch einen herkömmlichen Hohl- und Planetenradsatz sowie einen Differenzialzahnradsatz hergestellt wird, um die Abtriebsräder anzutreiben.
In dem in 3 gezeigten Hebeldiagramm sind die gleichen Bezugszeichen wie für die entsprechenden Bauelemente in 2 verwendet worden. In dem Hebeldiagramm von 3 ist der Sonnenradknoten 36, der Planetenträgerknoten ist 40 und der Hohlradknoten ist 38. Die Positionen des Drehmomentübertragungsmechanismus 24 sind als 24A und 24B gezeigt. Das Achsantriebs-Übersetzungsverhältnis des Vorderradantriebs 18 ist durch einen Hebel 44 dargestellt, und das Achsantriebs-Übersetzungsverhältnis des Hinterradantriebs 16 ist durch einen Hebel 46 dargestellt.
Der gezeigte und beschriebene Mechanismus stellt vier unterschiedliche Antriebszustände bereit. Dieser gleiche Mechanismus wird einen Hinterradantrieb Lo (niedrig), einen Vorderradantrieb Hi (hoch), ein hohes Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis und ein niedriges Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis bereitstellen. Diese Übersetzungsverhältnisse könnten unter Betriebsbedingungen für das Fahrzeug angewandt werden. Beispielsweise ist in einem Pickup-Lkw, der unbeladen ist, auf einer Oberfläche mit hoher Reibung kein Vierradantrieb erforderlich, und der Großteil des Fahrzeuggewichtes liegt auf den Vorderrädern, weshalb ein Zweirad-Vorderradantrieb bereitgestellt wird. Dies ist ein Antrieb mit hohem Übersetzungsverhältnis im Vergleich mit anderen Antrieben innerhalb des Systems.
Wenn der Pickup-Lkw beladen ist, ist es erwünscht, die Hinterräder anzutreiben, und da beträchtlich mehr Gewicht auf den Hinterrädern liegt, ist das Antriebs-Übersetzungsverhältnis ein niedrigeres Übersetzungsverhältnis, wodurch eine hohe Traktionskraft in Bezug auf den Boden erzeugt wird. Wenn die Traktionsoberfläche einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweist, ist es erwünscht, Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnisse bereitzustellen, so dass, wenn das Fahrzeug voll beladen ist, das Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis ein niedriges Übersetzungsverhältnis ist, und wenn das Fahrzeug unbeladen ist, das Antriebsübersetzungsverhältnis ein hohes Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis ist. Diese Übersetzungsverhältnisse werden durch Eingriffskombinationen der Drehmomentübertragungsmechanismen 24 und 28 bewerkstelligt.
Um ein niedriges Hinterradantriebs-Übersetzungsverhältnis bereitzustellen, wird der Drehmomentübertragungsmechanismus 24 in die Position A gebracht, und der Drehmomentübertragungsmechanismus 28 wird außer Eingriff gebracht. Unter dieser Anordnung erfolgt der Antrieb direkt von der Getriebeabtriebswelle 22 auf den hinteren Achsantriebsmechanismus 16 durch die Abtriebswelle 34, die direkt mit dem Hohlrad 38 verbunden ist.
Um ein hohes Zweiradantriebs-Übersetzungsverhältnis bereitzustellen, wird der Drehmomentübertragungsmechanismus 24 in die Position B gebracht, so dass der Antrieb von dem Getriebe 12 durch den Planetenträger 40 gelenkt wird. Der Planetenträger 40 ist direkt mit dem vorderen Achsantriebsmechanismus 18 verbunden und weist ein Übersetzungsverhältnis mit einem kleineren Zahlenwert auf als das Hinterradachsantriebs-Übersetzungsverhältnis.
Das niedrige Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis wird bereitgestellt, indem der Drehmomentübertragungsmechanismus 24 in die A-Position gebracht wird und der Drehmomentübertragungsmechanismus 28 in Eingriff gebracht wird. Dies stellt das Sonnenrad 36 als fahrzeugfestes Element innerhalb des Systems her, so dass die Antriebsleistung von dem Getriebe 12 durch die Welle 22 zwischen dem Hohlrad 38 und dem Planetenträger 40 mit einem Verhältnis aufgebracht wird, das durch das Übersetzungsverhältnis des Planetenradsatzes 26 bestimmt ist. Somit wird bei der bevorzugten Ausführungsform der Planetenträger 40 mit einer verringerten Drehzahl in Bezug auf das Hohlrad 38 rotiert. Dies stellt die Einrichtung des niedrigen Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnisses her, indem der hintere Achsantriebsmechanismus mit dem Übersetzungsverhältnis mit dem größeren Zahlenwert mit einer höheren Drehzahl angetrieben wird, als das Übersetzungsverhältnis mit dem kleineren Zahlenwert des vorderen Achsantriebsmechanismus.
Wenn beispielsweise der Achsantrieb an der Hinterachse 4,0:1 beträgt, der Achsantrieb an der Vorderachse 3,0:1 beträgt und das Planetenrad-Übersetzungsverhältnis 3,0:1 beträgt; d. h. das Hohlrad die dreifache Anzahl von Zähnen wie das Sonnenrad aufweist, werden die folgenden Antriebsbedingungen auftreten. Die Abtriebswelle 22 wird mit 1200 U/min rotiert, ebenso wie das Hohlrad 38. Der Planetenträger 40 wird mit einem reduzierten Übersetzungsverhältnis in Bezug auf das Hohlrad 38 rotieren, und mit einem 3,0:1-Plantenrad-Übersetzungsverhältnis wird die Drehzahl des Planetenträgers 40 900 U/min betragen. Die 900 U/min, die das Vorderradantriebs-Übersetzungsverhältnis von 3,0 antreiben, werden zu einer Vorderachsdrehzahl von 300 U/min führen. Die Hohlraddrehzahl von 1200 U/min und das Hinterachs-Übersetzungsverhältnis von 4,0 werden eine Drehgeschwindigkeit von 300 U/min an der Hinterachse bereitstellen. Somit werden die Vorder- und Hinterachsen mit der gleichen Drehzahl angetrieben.
Um ein hohes Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis herzustellen, wird der Drehmomentübertragungsmechanismus 24 in die B-Position gebracht und der Drehmomentübertragungsmechanismus 28 wird in Eingriff gebracht. Unter diesen Bedingungen nimmt der Planetenträger 40 den Antriebseingang von der Abtriebswelle 22 auf, das Hohlrad 38 wird überdreht, d. h. wird schneller rotieren als die Welle 22. Die Kraft an dem Hohlrad 38 wird an den hinteren Achsantriebsmechanismus abgegeben, und die Kraft an dem Planetenträger 40 wird an den vorderen Achsantriebsmechanismus geliefert. Da der Planetenträger 40 mit Motordrehzahl angetrieben wird, wobei die obige theoretische Drehzahl der Abtriebswelle 22 von 1200 U/min verwendet wird, werden die Vorderräder mit einer Drehzahl von 400 U/min rotieren, und die Hinterräder werden ebenfalls mit 400 U/min rotieren, die durch die Drehzahl des Hohlrades 38, die 1600 U/min beträgt, bestimmt wird, und um das Gesamt-Antriebsübersetzungsverhältnis der Hinterachse, das 4,0 beträgt, reduziert, wodurch sich eine Hinterachsdrehzahl von 400 U/min ergibt.
Bei Durchsicht der obigen Beschreibung des Fahrzeugantriebsstrangs und seiner Arbeitsweise wird nun Fachleuten auf dem Gebiet ersichtlich sein, dass der in den 1, 2 und 3 gezeigte Antriebsstrang ein niedriges Zweiradantriebs-Übersetzungsverhältnis an den Hinterrädern, ein hohes Zweiradantriebs-Übersetzungsverhältnis an den Vorderrädern, ein niedriges Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis und ein hohes Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis herstellen wird.
Zusammengefasst umfasst ein Fahrzeugantriebsstrang einen Planetenradsatz, der mit einem Vorderradantriebsmechanismus und einem Hinterradantriebsmechanismus gekoppelt ist. Der Planetenradsatz wird durch zwei Drehmomentübertragungsmechanismen gesteuert, um in Kombinationen ein Antriebselement des Planetenradsatzes sowie ein fahrzeugfestes Element für den Planetenradsatz herzustellen, die ein niedriges Zweiradantriebs-Übersetzungsverhältnis, ein hohes Zweiradantriebs-Übersetzungsverhältnis, ein niedriges Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis und ein hohes Vierradantriebs-Übersetzungsverhältnis bereitstellen werden.

Claims

Fahrzeugantriebsstrang (10), umfassend: eine Getriebeabtriebswelle (22), einen Planetenradsatz (26) mit einem ersten, zweiten und dritten Element (36, 38, 40), einen Verteilerantrieb (30), der mit dem ersten Element (40) in Antriebsverbindung steht, einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus (24), der die Getriebeabtriebswelle einzeln mit dem ersten Element (40) oder dem zweiten Element (38) verbindet, und einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus (28), der das dritte Element (36) selektiv mit einem feststehenden Gehäuse (41) verbindet, einen ersten Achsantriebsmechanismus (18), der mittelbar über den Verteilerantrieb (30) kontinuierlich mit dem ersten Element (40) verbunden ist; und einen zweiten Achsantriebsmechanismus (16), der kontinuierlich mit dem zweiten Element (38) verbunden ist, wobei die Drehmomentübertragungsmechanismen (24, 28) einzeln oder in Kombination für einen ersten Antriebsweg durch den ersten Achsantriebmechanismus (18), für einen zweiten Antriebsweg durch den zweiten Achsantriebmechanismus (16), für einen dritten Vierradantriebsweg durch beide Achsantriebsmechanismen (16, 18) und für einen vierten Vierradantriebsweg durch beide Achsantriebsmechanismen (16, 18) mit einem Antriebsübersetzungsverhältnis, das sich von dem des dritten Vierradantriebsweges unterscheidet, in Eingriff bringbar sind.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (40) ein Planetenträger (40) ist, das zweite Element (38) ein Hohlrad (38) ist, und das dritte Element (36) ein Sonnenrad (36) ist, wobei der erste Drehmomentübertragungsmechanismus ein mechanische Kupplung ist, die zwei eingerückte Betriebsstellungen aufweist.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus ein mechanischer Bremsmechanismus ist.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Drehmomentübertragungsmechanismus (24) die Getriebeabtriebswelle (22) und das erste Element (40) für einen Zweiradantriebsweg mit hohem Übersetzungsverhältnis miteinander verbindet oder die Getriebeabtriebswelle und das zweite Element (38) für einen Zweiradantriebsweg mit niedrigem Übersetzungsverhältnis miteinander verbindet.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Drehmomentübertragungsmechanismus (24) für einen Vierradantriebsweg mit hohem Übersetzungsverhältnis die Getriebeabtriebswelle und das erste Element (40) miteinander verbindet und der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus (28) das dritte Element (36) und das feststehende Element (41) miteinander verbindet, oder der erste Drehmomentübertragungsmechanismus (24) für einen Vierradantriebsweg mit niedrigem Übersetzungsverhältnis das zweite Element (40) und die Getriebeabtriebswelle miteinander verbindet und der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus (28) das dritte Element (26) und das feststehende Element (41) miteinander verbindet.