DE102008058275A1 - Pinion-differential gear unit for active control of torque distribution on wheels of motor vehicle, has actuation section cooperating with friction coupling, and helical gearings selected such that actuation of coupling is supported - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Differentialgetriebeeinheit zur aktiven Steuerung einer Drehmomentverteilung.The The invention relates to a differential gear unit for active Control of a torque distribution.
Eine gewöhnliche Differentialgetriebeeinheit dient zum Ausgleich von Drehzahlunterschieden zwischen zwei Ausgangswellen, wobei die Verteilung der Drehmomente während des Betriebs nicht beeinflusst werden kann. Eine Differentialgetriebeeinheit mit Sperrfunktion ermöglicht es, eine der Ausgangswellen mit dem Eingangsglied der Differentialgetriebeeinheit oder mit der anderen der Ausgangswellen direkt zu koppeln, um beispielsweise in vorbestimmten Fahrzuständen eines Kraftfahrzeugs den ansonsten erwünschten Drehzahlausgleich zu verhindern.A ordinary Differential gear unit is used to compensate for speed differences between two output shafts, the distribution of torques while of the operation can not be influenced. A differential gear unit with Lock function allows it, one of the output shafts with the input member of the differential gear unit or to directly couple with the other of the output shafts, for example in predetermined driving conditions a motor vehicle to the otherwise desired speed compensation prevent.
Eine Differentialgetriebeeinheit mit aktiver Steuerung einer Drehmomentverteilung ermöglicht dahingegen eine gezielte Einflussnahme auf die Verteilung des Drehmoments, das beispielsweise an Räder eines Kraftfahrzeugs abgegeben wird. Derartige Differentialgetriebeeinheiten können sowohl als Achsdifferential, d. h. zwischen den Rädern einer Achse, als auch als Zwischenachsdifferential, d. h. zwischen zwei angetriebenen Achsen, verwendet werden. In einer Anwendung als Achsdifferential kann beispielsweise in einer Kurve dem schneller rotierenden kurvenäußeren Rad des Kraftfahrzeugs ein zusätzliches Antriebsmoment zugeführt werden. Durch die aktive Steuerung der Drehmomentverteilung wird somit bewusst in die Fahrdynamik des Fahrzeugs eingegriffen und diese verbessert.A Differential gear unit with active control of a torque distribution allows on the contrary a targeted influence on the distribution of the torque, for example, to wheels a motor vehicle is delivered. Such differential gear units can both as axle differential, d. H. between the wheels of an axle, as well as Zwischenachsdifferential, d. H. between two driven Axes, to be used. In an application as an axle differential can for example, in a curve the faster rotating outside wheel of the motor vehicle an additional Drive torque supplied become. Through the active control of the torque distribution is thus deliberately intervened in the driving dynamics of the vehicle and this improves.
Differentialgetriebeeinheiten der eingangs genannten Art umfassen zumeist ein Differentialgetriebe, das ein Eingangsglied und zwei Ausgangswellen umfasst, wobei jeder Ausgangswelle eine steuerbare Reibungskupplung zugeordnet ist. Durch eine selektive Aktuierung der Reibungskupplungen kann der Betrag des auf die jeweilige Ausgangswelle übertragenen Drehmoments variiert werden. Bei der Aktuierung der Reibungskupplungen werden Axialkräfte von bis zu 15 kN aufgebracht, um Kupplungsmomente von bis zu 12.500 Nm zu erzeugen. Dies bedeutet, dass die Aktuatorik der Reibungskupplungen entsprechend ausgelegt sein muss, um die genannten Kräfte erzeugen zu können. Herkömmliche Aktuatoriksysteme beanspruchen relativ viel Platz im knapp bemessenen Bauraum der Achsregionen und belasten – je nach Ausgestaltung des Aktuators – das hydraulische und/oder elektrische Bordnetz des Fahrzeugs in nicht unerheblicher Weise.Differential gear units of the aforementioned type usually comprise a differential gear, comprising one input link and two output shafts, each one Output shaft is associated with a controllable friction clutch. By a selective actuation of the friction clutches can be the amount of the torque transmitted to the respective output shaft varies become. When the friction clutches are actuated, axial forces of up to 15 kN applied to clutch torques of up to 12,500 Nm to produce. This means that the actuators of the friction clutches must be designed accordingly to generate the said forces to be able to. conventional Actuator systems require a relatively large amount of space in the tightly dimensioned Space of the axle regions and load - depending on the design of the Actuator - that hydraulic and / or electrical wiring system of the vehicle in not irrelevant way.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Differentialgetriebeeinheit zu schaffen, die kompakter und effizienter ausgestaltet ist als herkömmliche Differentialgetriebeeinheit der eingangs genannten Art, und die gleichzeitig aber auch eine zuverlässige und schnelle Drehmomentverteilung ermöglicht.It is therefore an object of the invention, a differential gear unit to create that is more compact and efficient than designed conventional Differential gear unit of the type mentioned, and the but at the same time a reliable and fast torque distribution allows.
Die Aufgabe wird von einer Differentialgetriebeeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The Task is a differential gear unit with the features of claim 1.
Die erfindungsgemäße Differentialgetriebeeinheit zur aktiven Steuerung einer Drehmomentverteilung, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, weist ein Differentialgetriebe auf, das ein Eingangsglied und zwei Ausgangswellen umfasst. Jeder Ausgangswelle ist eine steuerbare Reibungskupplung zugeordnet, die einen mit dem Eingangsglied antriebswirksam verbundenen Primärteil und einen mit der zugeordneten Ausgangswelle antriebs wirksam verbundenen Sekundärteil aufweist. Zumindest eine der antriebswirksamen Verbindungen umfasst eine erste kupplungsseitige Verzahnung und eine zweite Verzahnung, die ineinander greifen. Die erste kupplungsseitige Verzahnung und die zweite Verzahnung sind Schrägverzahnungen. Ein die erste kupplungsseitige Verzahnung aufweisendes jeweiliges Bauteil ist bezüglich der entsprechenden Ausgangswelle axial verschiebbar, wobei das Bauteil einen Betätigungsabschnitt aufweist, der mit der jeweiligen Reibungskupplung zusammenwirkt. Die Schrägverzahnungen sind so gewählt, dass eine Betätigung der jeweiligen Reibungskupplung unterstützt wird.The Differential gear unit according to the invention for actively controlling a torque distribution, in particular in a motor vehicle, has a differential gear, a Input element and two output shafts includes. Every output shaft is assigned a controllable friction clutch, the one with the Input member drivingly connected primary and one with the associated Output shaft drive has effectively connected secondary part. At least one the drive-effective connections comprises a first clutch side Gearing and a second gearing that mesh. The first coupling side toothing and the second toothing are Helical gears. A respective first clutch side toothing having Component is re the corresponding output shaft axially displaceable, wherein the component an operating section has, which cooperates with the respective friction clutch. The helical gears are chosen that an actuation the respective friction clutch is supported.
Bei einer Schrägverzahnung sind die Zähne eines Zahnrads nicht parallel zu dessen Rotationsachse angeordnet, sondern verlaufen schräg dazu. Bei zwei ineinander greifenden Zahnrädern mit Schrägverzahnung entsteht während des Betriebs eine axiale Kraftkomponente, die oftmals als parasitär betrachtet wird und durch geeignete Elemente axial abgestützt werden muss.at a helical toothing are the teeth of one Gear not arranged parallel to the axis of rotation, but run diagonally to. For two intermeshing gears with helical teeth arises during operation, an axial component of force that is often considered parasitic and must be axially supported by suitable elements.
Bei der erfindungsgemäßen Differentialgetriebeeinheit wird die durch die Schrägverzahnungen – die in einer der genannten antriebswirksamen Verbindungen vorgesehen sind – entstehenden Axialkräfte allerdings vorteilhaft zur Unterstützung der Betätigung der Reibungskupplungen genutzt. Ein die erste kupplungsseitige Verzahnung aufweisendes Bauteil ist zu diesem Zweck axial verschiebbar bezüglich der entsprechenden Ausgangswelle angeordnet. Das Bauteil weist einen Betätigungsabschnitt auf, der mit der jeweiligen Reibungskupplung zusammenwirkt, um eine Betätigung dieser Reibungskupplung zu unterstützen. Bei Betrieb der Differentialgetriebeeinheit wird das Bauteil aufgrund der durch das Zusammenwirken der Schrägverzahnungen erzeugten Axialkraft in axialer Richtung verschoben, wobei diese Verschiebung über den Betätigungsabschnitt auf die Reibungskupplung übertragen wird. Das genannte genannte Bauteil unterstützt somit die Betätigung der Reibungskupplung. Je nach Ausbildung der Schrägverzahnungen wird die Wirkung der Kupplung verstärkt oder abgeschwächt.at the differential gear unit according to the invention is due to the helical gears - the in one of said drive-effective connections are provided - resulting axial forces However, to assist in the operation of the Friction clutches used. A first clutch-side gearing exhibiting component is axially displaceable with respect to the corresponding output shaft arranged. The component has a Operating section on, which cooperates with the respective friction clutch to actuate this Support friction clutch. When operating the differential gear unit, the component due the axial force generated by the interaction of the helical gears shifted in the axial direction, said shift over the Actuation section on the Transfer friction clutch becomes. Said named component thus supports the actuation of the Friction clutch. Depending on the design of the helical gears is the effect the clutch reinforced or toned down.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben.advantageous embodiments The invention are in the subclaims, the description and indicated in the drawings.
Gemäß einer Weiterbildung der Differentialgetriebeeinheit besitzt jede der Reibungskupplungen einen Aktuierungskolben und ein Lamellenpaket, wobei der jeweilige Betätigungsabschnitt des Bauteils auf derselben Seite des jeweiligen Lamellenpakets angeordnet ist wie der Aktuierungskolben. Diese Bauweise ist besonders kompakt und herstellungstechnisch einfach zu realisieren. Insbesondere ist der Betätigungsabschnitt zwischen dem Aktuierungskolben und dem Lamellenpaket der Reibungskupplung angeordnet.According to one Further development of the differential gear unit has each of the friction clutches one Aktuierungskolben and a disk set, wherein the respective operating section of the component arranged on the same side of the respective disk pack is like the actuator piston. This construction is very compact and manufacturing technology easy to implement. In particular the operating section disposed between the Aktuierungskolben and the disk set of the friction clutch.
Das jeweilige Lamellenpaket kann an der dem Axialkolben und dem Betätigungsabschnitt abgewandten Seite axial abgestützt sein. Bei dieser Ausführungsform wirken der Aktuierungskolben und der Betätigungsabschnitt beispielsweise in die gleiche Richtung und drücken das Lamellenpaket gegen ein axialfest angeordnetes Element zusammen, das beispielsweise mit einem Gehäuse der Differentialgetriebeeinheit in Verbindung steht, um einen Drehmomentübertrag von dem Primärteil auf den Sekundärteil – oder umgekehrt – zu bewerkstelligen.The respective disc pack can be connected to the axial piston and the actuating portion axially facing away from the opposite side be. In this embodiment For example, the actuation piston and the actuation section act in the same direction and press the disk set against an axially fixed element together, for example, with a housing the differential gear unit is in communication to a torque transfer from the primary part to the secondary part - or vice versa - to accomplish.
Weiterhin kann ein die zweite Verzahnung aufweisendes Bauteil axialfest gelagert sein. Die durch das Zusammenwirken der Schrägverzahnungen erzeugte Axialkraft wird in diesem Fall vollständig in eine axiale Verschie bung des den Betätigungsabschnitt aufweisenden Bauteils mit der kupplungsseitigen ersten Verzahnung umgesetzt.Farther a component having the second toothing can be mounted axially fixed be. The axial force generated by the interaction of the helical gears will be complete in this case in an axial displacement environment of the operating portion having Component implemented with the clutch-side first gearing.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Differentialgetriebeeinheit sind die Schrägverzahnungen derart ausgebildet, dass bei einer aktiven Betätigung der jeweiligen Reibungskupplung eine axiale Bewegung des die erste Verzahnung aufweisenden Bauteils bewirkt wird, so dass die Betätigung im Einrücksinn der Reibungskupplung unterstützt wird. Mit anderen Worten sind beispielsweise eine rechtssteigende und eine linkssteigende Schrägverzahnung einer der antriebswirksamen Verbindungen derart angeordnet, dass ein Einrücken der Reibungskupplung bei deren Betätigung unterstützt wird, d. h. eine Aktuierungskraft eines Aktuators der Reibungskupplung wird durch die axiale Kraftkomponente verstärkt. Die selbstverstärkende Ausgestaltung der Reibungskupplungsaktuatorik ermöglicht eine kleinere Dimensionierung derselben.According to one another embodiment the differential gear unit according to the invention are the helical gears formed such that upon active actuation of the respective friction clutch an axial movement of the first toothing component is effected, so that the actuation in the sense of impression the friction clutch is supported becomes. In other words, for example, a right-increasing and a left-rising helical gearing one of the drive-effective connections arranged such that an indenting the friction clutch is assisted in its operation, d. H. an actuation force of an actuator of the friction clutch is amplified by the axial force component. The self-reinforcing design the Reibungskupplaktaktuatorik allows smaller dimensions the same.
Die erfindungsgemäße Differentialgetriebeeinheit verfügt somit über eine selbstverstärkende Ausgestaltung der Reibungskupplungsbetätigung, so dass die entsprechenden Reibungskupplungsaktuatoren weniger leistungsfähig und damit kleiner ausgebildet sein können. Zudem können bei gleichen Leistungsaufnahmen der Aktuatoren größere Axialkräfte auf die Reibungskupplungen ausgeübt werden. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass bei einer Umkehrung des Drehsinns, d. h. beispielsweise bei einer Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs, das System weniger belastet wird. Bei einer Rückwärtsfahrt ist in der großen Mehrzahl der Fälle eine aktive Drehmomentverteilung nicht erwünscht, so dass sich ein automatisches Öffnen der Kupplungen vorteilhaft auswirkt.The Differential gear unit according to the invention has thus over a self-reinforcing design the friction clutch operation, so that the corresponding friction clutch actuators less powerful and so that it can be made smaller. In addition, you can at the same power consumption of the actuators greater axial forces the friction clutches exercised become. Another advantage arises from the fact that at a Reversal of the sense of rotation, d. H. for example, in a reverse drive of the vehicle, the system is less stressed. In a reverse drive is in the big one Majority of cases an active torque distribution is not desired, so that an automatic opening of the Couplings advantageous effect.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Differentialgetriebeeinheit ist jeder Ausgangswelle eine hierzu parallel versetzte Vor gelegewelle zugeordnet, an der die entsprechende Reibungskupplung angeordnet ist. Die jeweilige Reibungskupplung umgibt die Vorgelegewelle und ist benachbart zu der zugeordneten Ausgangswelle angeordnet. Zumindest eine der antriebswirksamen Verbindungen ist durch eine Stirnrad/Stirnrad-Paarung gebildet. Bei dieser Variante der Differentialgetriebeeinheit ist die kupplungsseitige erste Verzahnung an einem ersten Stirnrad angeordnet, das drehfest mit dem Sekundärteil der jeweiligen Reibungskupplung verbunden ist. Die zweite Verzahnung ist an einem zweiten Stirnrad ausgebildet ist, das drehfest und axialfest mit der Ausgangswelle verbunden ist.at an advantageous embodiment of the differential gear unit according to the invention each output shaft is a mowing shaft parallel to this associated, arranged at the corresponding friction clutch is. The respective friction clutch surrounds the countershaft and is disposed adjacent to the associated output shaft. At least one of the drive-effective connections is by a spur / spur gear pairing educated. In this variant of the differential gear unit is the coupling-side first toothing arranged on a first spur gear, the non-rotatable with the secondary part the respective friction clutch is connected. The second gearing is formed on a second spur gear, the rotationally fixed and axially fixed to the output shaft is connected.
Alternativ kann die jeweilige Reibungskupplung die zugeordnete Ausgangswelle umgeben. Die Rotationsachse der Reibungskupplung ist dann bezüglich der Rotationsachse der Ausgangswelle versetzt, wobei zumindest eine der antriebswirksamen Verbindungen durch eine Hohlrad/Stirnrad-Paarung gebildet ist.alternative the respective friction clutch can be the associated output shaft surround. The axis of rotation of the friction clutch is then with respect to Rotary axis of the output shaft offset, wherein at least one the drive-effective connections formed by a ring gear / spur gear pairing is.
Gemäß einer Weiterbildung dieser Variante der erfindungsgemäßen Differentialgetriebeeinheit weist ein die zugeordnete Ausgangswelle umgebendes Teil der Reibungskupplung ein schräg verzahntes Hohlrad auf, das mit einem entsprechend außen verzahnten Stirnrad kämmt, das mit der zugeordneten Ausgangswelle drehfest verbunden ist. Insbesondere bildet das die kupplungsseitige erste Verzahnung aufweisende Bauteil das schräg verzahnte Hohlrad.According to one Further development of this variant of the differential gear unit according to the invention has a surrounding the associated output shaft part of the friction clutch an oblique toothed ring gear, which toothed with a corresponding outside Spur gear meshes, which is rotatably connected to the associated output shaft. Especially forms the component having the coupling side first toothing the oblique toothed ring gear.
Die Erfindung wird im Folgenden rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:The Invention will be hereinafter purely by way of example with reference to advantageous Embodiments and described with reference to the drawings. Show it:
Da
die Differentialgetriebeeinheit
Die
rechte Ausgangswelle
Die
Ausgangswelle
Wie
bereits ausgeführt,
geht der Differentialkorb
Die
Kupplungsnabe
Die
Vorgelegewelle
Das
Zahnrad
Bei
einer Betätigung
der Reibungskupplung
Die
Betätigung
der Reibungskupplung
Beginnt
bei einer Aktuierung der Reibungskupplung
Somit
wird die durch den Aktuierungskolben
Das
Zusammendrücken
des Lamellenpakets wird in axialer Richtung durch eine Platte
Es
ist anzumerken, dass die beschriebenen Wirkungen von dem Drehsinn
der beteiligten Elemente und der Ausbildung der Schrägverzahnungen
Besondere
Situationen ergeben sich bei engen Kurvenfahrten eines Fahrzeugs,
bei denen sich ein kurvenäußeres Rad
deutlich schneller dreht als ein kurveninneres, nämlich schneller
als dies dem Übersetzungsverhältnis des
erläuterten Überlagerungsgetriebes
Die
Schrägverzahnungen
Der
selbstverstärkende
Effekt ermöglicht
es, dass die dem Aktuierungskolben
Eine
alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Differentialgetriebeeinheit
Bei
der in
Das
Stirnrad
Ein
Unterschied zu der Ausführungsform
von
Die Übertragung
eines Drehmoments der Kupplungsnabe
Mit
anderen Worten weist diese Ausführungsform
zwei Hohlrad-/Stirnrad-Paarungen
(
Um
den bereits anhand von
Die
Addition der Axialkraft F und der Aktuierungskraft des Aktuierungskolbens
Die
beiden beschriebenen Ausführungsformen
weisen somit eine Selbstverstärkung
einer durch einen Kupplungsaktuator aufgebrachten Aktuierungskraft
auf. Durch die Schrägverzahnungen
- 1010
- DifferentialgetriebeeinheitDifferential gear unit
- 1212
- Differentialgetriebedifferential gear
- 1414
- Eingangsgliedinput member
- 16, 16'16 16 '
- Ausgangswelleoutput shaft
- 1818
- Differentialkorbdifferential carrier
- 20, 20'20 20 '
- ÜberlagerungswelleSuperposition wave
- 2222
- ÜberlagerungsgetriebeSuperposition gear
- 2424
- Stirnradspur gear
- 2626
- Zahnradgear
- 2828
- Kupplungskorbclutch basket
- 3030
- Reibungskupplungfriction clutch
- 3232
- Außenlamelleouter plate
- 3434
- Innenlamelleinner plate
- 3838
- Kupplungsnabeclutch
- 4040
- VorgelegewelleCountershaft
- 4242
- Zahnradgear
- 42s, 44s, 62s, 66s42s, 44s, 62s, 66s
- Schrägverzahnunghelical teeth
- 4444
- Stirnradspur gear
- 4646
- AktuierungskolbenAktuierungskolben
- 4848
- Betätigungsabschnittactuating section
- 5050
- Platteplate
- 5252
- Lagercamp
- 5353
- axialfestes Bauteilaxialfestes component
- 5454
- Hohlradring gear
- 5656
- Stirnradspur gear
- 58, 6058 60
- Rotationsachseaxis of rotation
- 6262
- Hohlradring gear
- 6464
- Stirnradspur gear
- FF
- Axialkraftaxial force
Claims (10)
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