DE102007020356A1 - Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung - Google Patents
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Abstract
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Diese Erfindung betrifft eine Differenzialvorrichtung in einem Fahrzeugtriebstrang, und insbesondere eine Differenzialvorrichtung, die eine Steuerung eines Torque Vectoring (einer Drehmomentüberlagerung) oder einer Abtriebsdrehzahl bereitstellt.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Fahrzeugantriebsstränge umfassen einen Motor, ein Getriebe und eine Differenzialantriebsvorrichtung. Die Differenzialvorrichtung ist, wie es allgemein bekannt ist, ein Mechanismus mit einem Antrieb von dem Fahrzeuggetriebe und zumindest zwei Abtriebselementen, die die Räder des Fahrzeugs antreiben. Die Fahrzeugdifferenziale haben die Form von Kegelradeinheiten oder auch Planetenradvorrichtungen angenommen. Diese beiden Differenzialvorrichtungen sind allgemein bekannt.
- Das Kegelraddifferenzial weist allgemein einen als Hohlrad und Ritzel ausgebildeten Eingang für einen Träger oder einen Mantel auf, der um die Achse der Abtriebsseitenräder umläuft. Die Seitenräder werden durch die Drehwirkung des Trägers durch Kegelräder angetrieben, die in dem Träger oder der Gehäuseanordnung drehbar montiert sind.
- Planetenraddifferenziale umfassen allgemein ein Hohlrad, ein Sonnenrad und eine Planetenträgeranordnung. Eines der Elemente, beispielsweise ein Hohlrad, ist das Antriebselement, während der Träger und das Sonnenrad Abtriebselemente sind, die durch die Fahrzeugräder oder andere Antriebsmechanismen einen Antrieb bereitstellen. Das herkömmliche oder normale Differenzial in einem Fahrzeugtriebstrang begrenzt eine Drehzahldifferenz, die zwischen den Abtriebselementen des Differenzials auftreten kann, nicht. Wenn sich beispielsweise ein Abtriebsrad auf einer sehr glatten Oberfläche und das andere auf einer Oberfläche mit guter Reibung befindet, wird das Fahrzeugrad auf der rutschigen Oberfläche mit einer hohen Drehgeschwindigkeit durchdrehen, während das andere Rad feststeht, wodurch eine hohe Drehzahldifferenz über die Differenzialvorrichtung hinweg geschaffen wird. Diese Bedingung, wenn sie garantiert ist, wird durch eine Vorrichtung verhindert, die als Sperrdifferenzial bekannt ist. In derartigen Mechanismen ist in der Differenzialanordnung ein automatisch betätigter Kupplungsmechanismus angeordnet, der die Drehdifferenz zwischen den Abtriebselementen verhindert und dadurch eine Antriebskraft für das Rad auf der Oberfläche mit dem besseren Antrieb bereitstellt.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, eine verbesserte Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung bereitzustellen.
- Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Fahrzeugtriebstrang, der zumindest ein Getriebedifferenzial und Antriebsräder umfasst, einen Abtriebsdrehzahlsteuermechanismus für das Differenzial.
- In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung vorgesehen, bei der Drehzahlsteuermecha nismen auf beiden Seiten eines Differenzials vorgesehen sind, wodurch beide Ausgänge gesteuert werden.
- Es ist ein nochmals anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung bereitzustellen, die Drehzahlsteuermechanismen auf den Abtriebsseiten des Differenzials aufweist, wobei die Abtriebsdrehzahlen relativ zueinander eingestellt sind.
- Es ist eine nochmals andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung bereitzustellen, bei der die Abtriebsdrehzahl der Differenzialvorrichtung mit einem Drehzahlverhältnis relativ zu dem Antriebsmechanismus des Differenzials gesteuert wird.
- BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine Diagramm- und Schemadarstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
- Ein Antriebsstrang
10 umfasst einen Motor12 , ein Getriebe14 und eine Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung, die allgemein mit16 bezeichnet ist. Der Motor12 und das Getriebe14 sind herkömmliche Leistungsmechanismen, die in der Technik allgemein bekannt sind. Das Getriebe14 ist vorzugsweise ein automatisch schaltendes Mehrgang-Planetengetriebe, das eine elektromechanische Steuerung (ECM) aufweist, um die Übersetzungsverhältnismechanismen in dem Getriebe auf eine allgemein bekannte Weise zu steuern. Die ECM empfängt, wie es allgemein bekannt ist, eine Vielzahl von Signalen von dem Fahrzeug, die die Motordrehzahl, die Getriebeabtriebsdrehzahl, die Getriebegangauswahl, die Fahrzeugabtriebs drehzahl umfassen, und kann ein Lenksteuerungs- oder Lenkanforderungssignal verarbeiten. Die Erfindung wird jedoch gleichermaßen gut mit einem Vorgelegewellengetriebe, das ein geeignetes Steuersystem aufweist, arbeiten. - Das Getriebe
14 weist eine Abtriebswelle18 auf, die durch Zahnradmechanismen20 und22 mit einem Kreuz oder Trägerelement24 der Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung16 in Antriebsverbindung steht. In der Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung16 ist auch ein Paar Seitenräder26 und28 enthalten, die funktional mit dem Träger24 über Zahradelemente30 und32 verbunden sind. Das durch den Träger24 und die Seitenräder26 und28 dargestellte Differenzial arbeitet auf allgemein bekannte Weise, und wenn der Träger24 durch das Zahnrad22 rotiert wird, werden die Zahnräder26 und28 ebenfalls um jeweilige Achsen rotieren, die durch die Abtriebswellen34 und36 dargestellt sind. Es ist auch allgemein bekannt, dass die Achsen dieser Wellen34 und36 funktional verbunden sind, um Fahrzeugräder, die nicht gezeigt sind, anzutreiben. Wenn sich eines der Räder auf einer rutschigen Oberfläche oder einer Oberfläche mit geringer Traktion befindet, wird das andere Rad stehen bleiben, während das traktionslose Rad mit einer hohen Drehgeschwindigkeit rotieren wird. Dies ist kein gewünschtes Betriebsmerkmal, sondern tritt auf, wenn das Fahrzeug in Matsch oder Schnee steckt, oder auf Eis. - Um dieses Vorkommnis zu verhindern, wird in manchen Fahrzeugen ein sogenanntes Sperrdifferenzial eingebaut, bei dem ein Kupplungsmechanismus in dem Differenzialgehäuse enthalten ist, um für eine Drehzahlsteuerung zwischen dem Träger oder dem Differenzial in zumindest einem der Seitenräder zu sorgen. Die vorliegende Erfindung stellt das herkömmliche Differenzial bereit, das in einem Gehäuse
38 angeordnet ist, sowie zwei Torque Vectoring- oder Drehzahlsteuermechanismen40 und42 , die in Gehäusen44 und46 , welche von dem Gehäuse38 getrennt sind, anzuordnen sind. Dies lässt zu, dass die Drehzahlsteuermechanismen40 und42 abhängig von dem besonderen Fahrzeug, in dem sie verwendet werden sollen, ausgetauscht werden können. Wenn es erwünscht ist, die Masse und den Raum der Anordnung zu vermindern, können die Gehäuse38 ,44 und46 einstückig sein. - Der Drehzahlsteuermechanismus
40 umfasst ein Antriebszahnrad48 , ein Verteilerzahnrad50 , das kämmend mit diesem in Eingriff steht, und ein Verteilerzahnrad52 , das an einer Hohlwelle54 , die eine Welle56 umgibt, befestigt ist. Die Welle56 steht mit dem Zahnrad50 in Antriebsverbindung. Der Drehzahlsteuermechanismus40 umfasst auch ein angetriebenes Zahnrad58 , das mit dem Zahnrad52 kämmt. Das Zahnrad58 steht mit der Welle36 und somit mit dem Seitenrad26 in Antriebsverbindung. Die Wellen56 und54 sind auf entgegengesetzten Seiten eines Drehmomentübertragungsmechanismus60 , der in der Form einer herkömmlichen fluidbetätigen Reibungskupplung vorliegen kann, funktional verbunden. Die Einrückung des Drehmomentübertragungsmechanismus60 wird durch die ECM gesteuert. - Der Drehzahlsteuermechanismus
42 umfasst ein Antriebszahnrad62 , ein Verteilerzahnrad64 , das an einer drehbaren Welle66 befestigt ist, ein Verteilerzahnrad68 , das an einer Hohlwelle70 befestigt ist, die auf der Welle66 drehbar gelagert ist, und ein angetriebenes Zahnrad72 , das mit der Welle34 und somit dem Seitenrad28 in Antriebsverbindung steht. Die Wellen66 und70 sind funktional mit entgegengesetzten Seiten eines Drehmomentübertragungsmechanismus74 verbunden, der eine herkömmliche fluidbetätigte Kupplung sein kann, die von der ECM gesteuert wird. - Ein Zahnradstrang, der aus den Zahnrädern
48 ,50 ,52 und58 besteht, und der Drehmomentübertragungsmechanismus60 steuern das Drehzahlverhältnis, nämlich die Zunahme oder Abnahme, zwischen dem Differenzialträger24 und der Abtriebswelle36 abhängig von dem Einrückungszustand des Drehmomentübertragungsmechanismus60 . Ein Zahnradstrang, der aus den Zahnrädern62 ,64 ,68 und72 besteht, und der Drehmomentübertragungsmechanismus74 liefern eine Drehzahlverhältniszunahme zwischen dem Differenzialträger24 und der Welle34 und somit dem Seitenrad28 . - Die Drehzahlsteuermechanismen
40 und42 sorgen für ein Torque Vectoring oder eine Drehmomentüberlagerung der Differenzialvorrichtung. Das heißt die Einrückung von einer der Kupplungen, beispielsweise60 , sorgt für eine Drehzahlsteuerung zwischen dem Träger24 und der Welle36 und natürlich dem Seitenrad26 . Wenn das Fahrzeug eine Kurve fährt und es erwünscht ist, dafür zu sorgen, dass das Abtriebsrad, das mit der Welle36 verbunden ist, schneller als die Welle34 rotiert, wird die Kupplung60 auf eine gesteuerte Weise eingerückt, um für die erforderliche Drehzahldifferenz zu sorgen. Wie es bei Drehzahldifferenzialen allgemein bekannt ist, werden die Abtriebswellen34 und36 durch den Differenzialträger24 angetrieben. Wenn die Welle36 schneller als der Träger24 rotiert wird, wird die Welle34 durch die Seitenräder26 ,28 automatisch langsamer als der Träger24 rotieren. - Wenn es erwünscht ist, dass die Welle
34 , und somit das daran angebrachte Fahrzeugrad, schneller als die Welle36 rotiert, wird die Kupplung74 auf eine gesteuerte Weise eingerückt, sodass der Zahnradstrang62 ,64 ,68 und72 für eine erhöhte Drehzahl zwischen dem Träger24 und der Abtriebswelle34 sorgt. Wie es oben beschrieben ist, geht mit einer Zunahme der Drehzahl an der Welle34 eine Abnahme der Drehzahl der Wel le36 einher. Wie es oben ebenfalls beschrieben ist, wird die Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung16 deshalb für Drehzahldifferenzen oder eine Drehmomentverteilung sorgen, die notwendig sind, um für eine verbesserte Kurvenfahrt oder Wendefähigkeit des Fahrzeugs, an dem diese angeordnet sind, zu sorgen. - Indem die Drehzahlsteuermechanismen oder Torque Vectoring-Mechanismen
40 und42 in getrennten Gehäusen enthalten sind, kann die gesamte Anordnung dieser Mechanismen leicht ausgetauscht werden, um den besten Betrieb für ein besonderes Fahrzeug bereitzustellen. Die Zahnräder48 ,50 ,52 ,58 ,62 ,64 ,68 und72 sind als Stirnräder oder Schrägstirnräder gezeigt, in denen die Zwischenräder oder Verteilerzahnräder sich auf gegenüberliegenden Achsen befinden, jedoch könnte ein Planetenradsatz angewandt werden, und Fachleute werden sich der Tatsache bewusst sein, dass es viele Arten von Drehzahländerungszahnradanordnungen gibt, die angewandt werden können, um die gewünschte Wirkung zwischen dem Träger24 und den Wellen34 und36 bereitzustellen. - Indem der Differenzialträger in dem Gehäuse
38 und die Torque Vectoring-Mechanismen40 und42 in Gehäusen44 bzw.46 angeordnet sind, kann jeglicher Austausch von oder Wechsel in den Übersetzungsverhältnissen mit einem Minimum von Demontage bewerkstelligt werden.
Claims (6)
- Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung, umfassend: einen Differenzialmechanismus mit einem Antriebselement und einem ersten und zweiten Abtriebselement, die in einem Gehäuse angeordnet sind; einen ersten Drehzahlsteuermechanismus, der in einem zweiten Gehäuse angeordnet ist und mehrere Zahnradelemente umfasst, die funktional durch einen ersten selektiv einrückbaren Drehmomentübertragungsmechanismus gesteuert sind, um eine Drehzahldifferenz zwischen dem Antrieb des Differenzialmechanismus und dem ersten Abtriebselement bereitzustellen; und einen zweiten Drehzahlsteuermechanismus, der in einem dritten Gehäuse angeordnet ist und aus einem Zahnradmechanismus besteht, der durch einen zweiten selektiv einrückbaren Drehmomentübertragungsmechanismus gesteuert ist, um eine gesteuerte Drehzahldifferenz zwischen dem Differenzialantrieb und dem zweiten Abtriebselement des Differenzialmechanismus bereitzustellen.
- Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst, dass: die Zahnradelemente des ersten Drehzahlsteuermechanismus nach der selektiven Einrückung des ersten Drehmomentübertragungsmechanismus eine gesteuerte Drehzahlbeziehung zwischen dem Antriebselement und dem ersten Abtriebselement bereitstellen.
- Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst, dass: die Zahnradelemente des zweiten Drehzahlsteuermechanismus nach selektiver Einrückung des zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus eine gesteuerte Beziehung zwischen dem Antriebselement und dem zweiten Abtriebselement bereitstellen.
- Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ferner: die Zahnradelemente des ersten Drehzahlsteuermechanismus vier Zahnradelemente umfassen, die in zwei kämmenden Paaren angeordnet sind, und die Zahnradelemente des zweiten Drehzahlsteuermechanismus vier Zahnradelemente umfassen, die in zwei kämmenden Paaren angeordnet sind.
- Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung nach Anspruch 4, wobei ferner: zwei der Zahnradelemente eines jeden von dem ersten und zweiten Drehzahlsteuermechanismus zur Rotation um eine durch das Antriebselement definierte Achse angeordnet sind.
- Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung nach Anspruch 4, wobei ferner: der Differenzialmechanismus in einem ersten Gehäuse angeordnet ist, der erste Drehzahlsteuermechanismus in einem zweiten Gehäuse angeordnet ist und der zweite Drehzahlsteuermechanismus in einem dritten Gehäuse angeordnet ist.
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