DE102007020356B4

DE102007020356B4 - Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung

Info

Publication number: DE102007020356B4
Application number: DE102007020356A
Authority: DE
Inventors: Craig S. Ross
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-05-03
Filing date: 2007-04-30
Publication date: 2012-09-20
Anticipated expiration: 2027-05-01
Also published as: US20070259749A1; CN100580278C; DE102007020356A1; CN101067449A; US7491147B2

Abstract

Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung, umfassend:
einen Differenzialmechanismus (16) mit einem Antriebselement (24) und einem ersten und zweiten Abtriebselement (34, 36), die in einem Gehäuse (38) angeordnet sind;
einen ersten Drehzahlsteuermechanismus (40), der in einem zweiten Gehäuse (44) angeordnet ist und mehrere Zahnradelemente (48, 50, 52, 58) umfasst, die funktional durch einen ersten selektiv einrückbaren Drehmomentübertragungsmechanismus (60) gesteuert sind, um eine Drehzahldifferenz zwischen dem Antrieb (24) des Differenzialmechanismus (40) und dem ersten Abtriebselement (36) bereitzustellen; und
einen zweiten Drehzahlsteuermechanismus (42), der in einem dritten Gehäuse (46) angeordnet ist und aus einem Zahnradmechanismus (62, 64, 68, 72) besteht, der durch einen zweiten selektiv einrückbaren Drehmomentübertragungsmechanismus (74) gesteuert ist, um eine gesteuerte Drehzahldifferenz zwischen dem Differenzialantrieb (24) und dem zweiten Abtriebselement (34) des Differenzialmechanismus (42) bereitzustellen,
wobei der erste Drehzahlsteuermechanismus (40) ein Antriebszahnrad (48), ein erstes Verteilerzahnrad (50), das kämmend mit dem Antriebszahnrad (48) in Eingriff steht, ein zweites Verteilerzahnrad...

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.
Die DE 39 00 638 C2 offenbart eine Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung umfassend einen Differenzialmechanismus mit einem Antriebselement und zwei Abtriebselementen. Zur Bereitstellung einer Drehzahldifferenz zwischen dem Antrieb des Differentialmechanismus und jeweils einem Antriebselement ist jeweils ein Drehzahlsteuermechanismus vorgesehen.
Die AT 008 015 U1 offenbart eine Differenzialgetriebeeinheit, die ein Mittengehäuse und zwei Seitengehäuse aufweist, welche jeweils seitlich am Mittengehäuse angeschraubt sind.
Weiterer Stand der Technik ist aus der DE 692 22 739 T2 , der DE 103 17 316 A1 und der DE 39 12 349 A1 bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, eine verbesserte Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch eine Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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 Motor 12, ein Getriebe 14 und eine Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung, die allgemein mit 16 bezeichnet ist. Der Motor 12 und das Getriebe 14 sind herkömmliche Leistungsmechanismen, die in der Technik allgemein bekannt sind. Das Getriebe 14 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 Fahrzeugabtriebsdrehzahl 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 Abtriebswelle 18 auf, die durch Zahnradmechanismen 20 und 22 mit einem Kreuz oder Trägerelement 24 der Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung 16 in Antriebsverbindung steht. In der Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung 16 ist auch ein Paar Seitenräder 26 und 28 enthalten, die funktional mit dem Träger 24 über Zahradelemente 30 und 32 verbunden sind. Das durch den Träger 24 und die Seitenräder 26 und 28 dargestellte Differenzial arbeitet auf allgemein bekannte Weise, und wenn der Träger 24 durch das Zahnrad 22 rotiert wird, werden die Zahnräder 26 und 28 ebenfalls um jeweilige Achsen rotieren, die durch die Abtriebswellen 34 und 36 dargestellt sind. Es ist auch allgemein bekannt, dass die Achsen dieser Wellen 34 und 36 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 Drehzahlsteuermechanismen 40 und 42, die in Gehäusen 44 und 46, welche von dem Gehäuse 38 getrennt sind, anzuordnen sind. Dies lässt zu, dass die Drehzahlsteuermechanismen 40 und 42 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 Gehäuse 38, 44 und 46 einstückig sein.
Der Drehzahlsteuermechanismus 40 umfasst ein Antriebszahnrad 48, ein Verteilerzahnrad 50, das kämmend mit diesem in Eingriff steht, und ein Verteilerzahnrad 52, das an einer Hohlwelle 54, die eine Welle 56 umgibt, befestigt ist. Die Welle 56 steht mit dem Zahnrad 50 in Antriebsverbindung. Der Drehzahlsteuermechanismus 40 umfasst auch ein angetriebenes Zahnrad 58, das mit dem Zahnrad 52 kämmt. Das Zahnrad 58 steht mit der Welle 36 und somit mit dem Seitenrad 26 in Antriebsverbindung. Die Wellen 56 und 54 sind auf entgegengesetzten Seiten eines Drehmomentübertragungsmechanismus 60, der in der Form einer herkömmlichen fluidbetätigen Reibungskupplung vorliegen kann, funktional verbunden. Die Einrückung des Drehmomentübertragungsmechanismus 60 wird durch die ECM gesteuert.
Der Drehzahlsteuermechanismus 42 umfasst ein Antriebszahnrad 62, ein Verteilerzahnrad 64, das an einer drehbaren Welle 66 befestigt ist, ein Verteilerzahnrad 68, das an einer Hohlwelle 70 befestigt ist, die auf der Welle 66 drehbar gelagert ist, und ein angetriebenes Zahnrad 72, das mit der Welle 34 und somit dem Seitenrad 28 in Antriebsverbindung steht. Die Wellen 66 und 70 sind funktional mit entgegengesetzten Seiten eines Drehmomentübertragungsmechanismus 74 verbunden, der eine herkömmliche fluidbetätigte Kupplung sein kann, die von der ECM gesteuert wird.
Ein Zahnradstrang, der aus den Zahnrädern 48, 50, 52 und 58 besteht, und der Drehmomentübertragungsmechanismus 60 steuern das Drehzahlverhältnis, nämlich die Zunahme oder Abnahme, zwischen dem Differenzialträger 24 und der Abtriebswelle 36 abhängig von dem Einrückungszustand des Drehmomentübertragungsmechanismus 60. Ein Zahnradstrang, der aus den Zahnrädern 62, 64, 68 und 72 besteht, und der Drehmomentübertragungsmechanismus 74 liefern eine Drehzahlverhältniszunahme zwischen dem Differenzialträger 24 und der Welle 34 und somit dem Seitenrad 28.
Die Drehzahlsteuermechanismen 40 und 42 sorgen für ein Torque Vectoring oder eine Drehmomentüberlagerung der Differenzialvorrichtung. Das heißt die Einrückung von einer der Kupplungen, beispielsweise 60, sorgt für eine Drehzahlsteuerung zwischen dem Träger 24 und der Welle 36 und natürlich dem Seitenrad 26. Wenn das Fahrzeug eine Kurve fährt und es erwünscht ist, dafür zu sorgen, dass das Abtriebsrad, das mit der Welle 36 verbunden ist, schneller als die Welle 34 rotiert, wird die Kupplung 60 auf eine gesteuerte Weise eingerückt, um für die erforderliche Drehzahldifferenz zu sorgen. Wie es bei Drehzahldifferenzialen allgemein bekannt ist, werden die Abtriebswellen 34 und 36 durch den Differenzialträger 24 angetrieben. Wenn die Welle 36 schneller als der Träger 24 rotiert wird, wird die Welle 34 durch die Seitenräder 26, 28 automatisch langsamer als der Träger 24 rotieren.
Wenn es erwünscht ist, dass die Welle 34, und somit das daran angebrachte Fahrzeugrad, schneller als die Welle 36 rotiert, wird die Kupplung 74 auf eine gesteuerte Weise eingerückt, sodass der Zahnradstrang 62, 64, 68 und 72 für eine erhöhte Drehzahl zwischen dem Träger 24 und der Abtriebswelle 34 sorgt. Wie es oben beschrieben ist, geht mit einer Zunahme der Drehzahl an der Welle 34 eine Abnahme der Drehzahl der Welle 36 einher. Wie es oben ebenfalls beschrieben ist, wird die Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung 16 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 und 42 in getrennten Gehäusen enthalten sind, kann die gesamte Anordnung dieser Mechanismen leicht ausgetauscht werden, um den besten Betrieb für ein besonderes Fahrzeug bereitzustellen. Die Zahnräder 48, 50, 52, 58, 62, 64, 68 und 72 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 Träger 24 und den Wellen 34 und 36 bereitzustellen.
Indem der Differenzialträger in dem Gehäuse 38 und die Torque Vectoring-Mechanismen 40 und 42 in Gehäusen 44 bzw. 46 angeordnet sind, kann jeglicher Austausch von oder Wechsel in den Übersetzungsverhältnissen mit einem Minimum von Demontage bewerkstelligt werden.

Claims

Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung, umfassend: einen Differenzialmechanismus (16) mit einem Antriebselement (24) und einem ersten und zweiten Abtriebselement (34, 36), die in einem Gehäuse (38) angeordnet sind; einen ersten Drehzahlsteuermechanismus (40), der in einem zweiten Gehäuse (44) angeordnet ist und mehrere Zahnradelemente (48, 50, 52, 58) umfasst, die funktional durch einen ersten selektiv einrückbaren Drehmomentübertragungsmechanismus (60) gesteuert sind, um eine Drehzahldifferenz zwischen dem Antrieb (24) des Differenzialmechanismus (40) und dem ersten Abtriebselement (36) bereitzustellen; und einen zweiten Drehzahlsteuermechanismus (42), der in einem dritten Gehäuse (46) angeordnet ist und aus einem Zahnradmechanismus (62, 64, 68, 72) besteht, der durch einen zweiten selektiv einrückbaren Drehmomentübertragungsmechanismus (74) gesteuert ist, um eine gesteuerte Drehzahldifferenz zwischen dem Differenzialantrieb (24) und dem zweiten Abtriebselement (34) des Differenzialmechanismus (42) bereitzustellen, wobei der erste Drehzahlsteuermechanismus (40) ein Antriebszahnrad (48), ein erstes Verteilerzahnrad (50), das kämmend mit dem Antriebszahnrad (48) in Eingriff steht, ein zweites Verteilerzahnrad (52) und ein angetriebenes Zahnrad (58) aufweist, wobei das angetriebene Zahnrad (58) mit dem ersten Abtriebselement (36) in Antriebsverbindung steht und mit dem zweiten Verteilerzahnrad (52) kämmt, wobei das zweite Verteilerzahnrad (52) an einer Hohlwelle (54) befestigt ist, die eine mit dem ersten Verteilerzahnrad (50) in Antriebsverbindung stehende Welle (56) umgibt, wobei die Welle (56) und die Hohlwelle (54) mit entgegengesetzten Seiten des ersten Drehmomentübertragungsmechanismus (60) funktional verbunden sind, wobei der zweite Drehzahlsteuermechanismus (42) ein Antriebszahnrad (62), ein erstes Verteilerzahnrad (64), das kämmend mit dem Antriebszahnrad (62) in Eingriff steht, ein zweites Verteilerzahnrad (68) und ein angetriebenes Zahnrad (72) aufweist, wobei das angetriebene Zahnrad (72) mit dem zweiten Abtriebselement (34) in Antriebsverbindung steht und mit dem zweiten Verteilerzahnrad (68) kämmt, wobei das zweite Verteilerzahnrad (68) an einer Hohlwelle (70) befestigt ist, die eine mit dem ersten Verteilerzahnrad (64) in Antriebsverbindung stehende Welle (66) umgibt, und wobei die Welk (66) und die Hohlwelle (70) mit entgegengesetzten Seiten des zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus (74) funktional verbunden sind.
Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst, dass: die Zahnradelemente (48, 50, 52, 58) des ersten Drehzahlsteuermechanismus (40) nach der selektiven Einrückung des ersten Drehmomentübertragungsmechanismus (60) eine gesteuerte Drehzahlbeziehung zwischen dem Antriebselement (24) und dem ersten Abtriebselement (36) bereitstellen.
Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst, dass: die Zahnradelemente (62, 64, 68, 72) des zweiten Drehzahlsteuermechanismus (42) nach selektiver Einrückung des zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus (74) eine gesteuerte Beziehung zwischen dem Antriebselement (24) und dem zweiten Abtriebselement (34) bereitstellen.
Torque Vectoring-Differenzialvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ferner: zwei der Zahnradelemente (48, 58, 62, 72) eines jeden von dem ersten und zweiten Drehzahlsteuermechanismus (40, 42) zur Rotation um eine durch das Antriebselement (24) definierte Achse angeordnet sind.