DE102008061626A1

DE102008061626A1 - Rückwärts gerichtete Drehmomentstütze zum Dämpfen von einzeln aufgehängten und angetriebenen Achswellen

Info

Publication number: DE102008061626A1
Application number: DE200810061626
Authority: DE
Inventors: David W. Northville Mikels; David M. Roseville Caldwell; Young-Jin Rochester Hills Seo
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-12-19
Filing date: 2008-12-11
Publication date: 2009-07-23

Abstract

Eine einzeln aufgehängte, angetriebene Achswellengarnitur, bei welcher die Achswellen durch ein Differenzial angetrieben werden, welches durch eine rückwärts gerichtete Drehmomentstütze starr mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden ist, wodurch die Zugkraftschwingung gemindert wird. In jenen Fällen, in denen die Achswellen in Bezug aufeinander torsionsasymmetrisch sind, ist das Differenzial ein Selbstsperrdifferenzial und unterscheidet sich die relative Torsionssteifigkeit zwischen diesen um ein Verhältnis, das im Wesentlichen zwischen ungefähr 1,4 zu 1 und ungefähr 2,0 zu 1 liegt, wobei die Zugkraftschwingung gleichermaßen durch die rückwärts gerichtete Drehmomentstütze und die asymmetrischen Achswellen synergistisch gemindert wird.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht den Nutzen der vorläufigen Patentanmeldung mit der Seriennummer 61/014,783, eingereicht am 19. Dezember 2007, welche vorläufige Patentanmeldung derzeit anhängig ist und welche hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme hierin miteingeschlossen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein angetriebene Achswellen von Kraftfahrzeugen. Im Spezielleren betrifft die vorliegende Erfindung eine Achswellengarnitur, bei welcher die Achswellen über ein Hinterachs-Differenzialmodul angetrieben werden, wobei eine Minderung der Zugkraftschwingung durch eine Drehmomentstütze geschaffen wird, die sich rückwärts gerichtet zwischen dem Hinterachs-Differenzialmodul und der Fahrzeugkarosserie erstreckt.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Kraftfahrzeuge mit Einzelaufhängungen der angetriebenen Achse umfassen ein Paar Achswellen (auch geteilte Achsen oder Halbwellen genannt), eine für jedes Rad, wie lediglich zu Verdeutlichungszwecken in dem U.S.-Patent Nr. 4,699,235 , ausgegeben am 13. Oktober 1987 an Anderson und dem Abtretungsempfänger der vorliegenden Patentanmeldung übertragen, beschrieben, dessen Offenbarung hiermit durch Bezugnahme hierin miteingeschlossen ist.
Es wird nun unter Bezugnahme auf 1A das Antriebssystem mit geteilter Achse aus Patent 4,699,235 als Bezugspunkt kurz beschrieben, wobei es sich versteht, dass die vorliegende Erfindung auf Zweirad- oder Vierradantriebssysteme anwendbar ist.
Gezeigt ist eine schematische Draufsicht auf ein Fahrzeug mit zuschaltbarem Vierradantrieb, das eine Brennkraftmaschine 10, ein Getriebe 12 und ein Verteilergetriebe 14 umfasst, die auf einem Fahrzeugfahrgestell (nicht gezeigt) montiert sind. Bei der Maschine 10 und dem Getriebe 12 handelt es sich um allgemein bekannte Bauteile, ebenso wie bei dem Verteilergetriebe 14, welches typischerweise eine Antriebswelle (nicht gezeigt), eine Haupt-Abtriebswelle 16 und eine Neben-Abtriebswelle 18 aufweist. Die Haupt-Abtriebswelle 16 steht in Triebverbindung mit der Antriebswelle in dem Verteilergetriebe 14 und ist gewöhnlich mit diesem ausgerichtet. Die Neben-Abtriebswelle 18 ist durch eine Kupplung oder dergleichen in dem Verteilergetriebe 14 mit der Antriebswelle in Triebverbindung bringbar und ist gewöhnlich von dieser abgesetzt. Die Verteilergetriebekupplung wird durch einen geeigneten Auswahlmechanismus (nicht gezeigt) betätigt, der im Allgemeinen aus der Ferne durch den Fahrzeuglenker gesteuert wird.
Die Haupt-Abtriebswelle 16 ist mit einer hinteren, treibenden Welle 20 in Triebverbindung, die ihrerseits mit einem Hinterachs-Differenzial 22 in Triebverbindung steht. Das Hinterachs-Differenzial 22 treibt die Hinterräder 24 durch geteilte Achsteile in allgemein bekannter Art an. Die Neben-Abtriebswelle 18 ist mit einer vorderen, treibenden Welle 26 in Triebver bindung, die ihrerseits mit einem Antriebsmechanismus 28 mit geteilter Achse in Triebverbindung steht, um die Vorderräder 30 selektiv durch geteilte Achsteile anzutreiben. Der Antriebsmechanismus 28 mit geteilter Achse ist durch ein Mittel, das einen Bügel 34 an einem Verlängerungsrohr 32 umfasst, an dem Fahrzeugfahrgestell angebracht.
Geeignete geteilte Achsteile, gemeinhin als Halbwellen bezeichnet, sind von Kraftfahrzeugen mit Vorderradantrieb allgemein bekannt. Diese können zum Verbinden des Antriebsmechanismus 28 mit den Vorderrädern 30 verwendet werden. Die Zeichnungen veranschaulichen schematisch eine Halbwelle herkömmlichen Typs für eine Triebverbindung mit einzeln aufgehängten, lenkbaren Fahrzeugrädern, umfassend eine Achswelle 40 mit einem Universal-Plungergelenk 42 an ihrem nach innen gerichteten Ende, das angepasst ist, um mit einem Abtrieb, beispielsweise dem Flansch 36 oder 38 verbunden zu werden, und mit dem allgemein bekannten Universalgelenk 44 nach Rzeppa an ihrem nach außen gerichteten Ende, das angepasst ist, um mit dem Fahrzeugrad 30 verbunden zu werden.
In 1B ist ein Beispiel einer dem Stand der Technik entsprechenden Fahrzeug-Hinterradaufhängung 52 eines Kraftfahrzeug-Antriebssystems abgebildet, in der ein Paar Achswellen 50 integriert ist. Die Achswellen 50 sind in der Form einer Garnitur aus zwei symmetrischen Achswellen ausgebildet: einer ersten Achswelle 50a und einer zweiten Achswelle 50b. Die Hinterradaufhängung 52 umfasst eine Gabel 54, die in dieser Anwendung durch federnde Gabelhalterungen 56 an dem Rahmen (nicht gezeigt) des Kraftfahrzeugs befestigt ist. Ein Hinterachs-Differenzialmodul 58 ist über federnde Hinterachs-Differenzialmodulhalterungen 60 mit der Gabel 54 verbunden und ist weiterhin über Gleichlaufgelenke 62a, 62b jeweils mit der ersten bzw. zweiten Achswelle 50a, 50b der Achswellen 50 verbunden.
Die erste und die zweite Achswelle 50a, 50b sind über die Gleichlaufgelenke 62a, 62b einzeln aufgehängt, so dass sie in der Lage sind, sich unabhängig voneinander entlang den Pfeilen 64a, 64b gelenkig zu bewegen. Eine treibende Welle 66 ist an einem Ende mit einem Getriebe (nicht gezeigt) und an ihrem anderen Ende über ein Gleichlauf-(oder anders geartetes)Gelenk 68 mit dem Hinterachs-Differenzialmodul 58 verbunden.
Problematischerweise kommt es bei Achswellen häufig zu einer "Zugkraftschwingung", wenn ein großes Drehmoment auf sie aufgebracht wird. Eine Zugkraftschwingung tritt typischerweise dann auf, wenn die Reifenreibung in Bezug auf eine Straßenoberfläche periodisch durch niederfrequente Schwingungen (d. h. unter ungefähr 20 Hz) beim Torsionsdrall der Achswellen überschritten wird. Die Zugkraftschwingung stellt eine auf die Bauteile der Aufhängung und des Achsantriebs zurückwirkende Schwingung dar und ist für die Fahrzeuginsassen wahrnehmbar, von denen die Empfindung als "Bocken", "Schlagen", "Stoßen" oder "Hüpfen" beschrieben wird.
Achswellen werden typischerweise aus Stahlrohrmaterial gefertigt und verhalten sich als solche als sehr effiziente Torsionsfedern. Im Sinne der Reduzierung von unerwünschten Schwingungen in den Achswellen hat die Standardpraktik bisher darin bestanden, die Größe der Achswellen anzupassen (d. h. deren Durchmesser zu vergrößern), und zwar dergestalt, dass der negative Einfluss der Schwingungen minimiert wird, indem die Torsionssteifigkeit der Achswellen insgesamt erhöht und die Zugkraftschwingung dadurch verringert wird. Ein Vergrößern des Durchmessers der Achswellen führt jedoch zu zusätzlichen Problemen in Bezug auf die Unterbringung, die Masse und die damit verbundenen Kosten, ohne dass dadurch das zentrale Problem der direkten Dämpfung der zugkraftbedingten Schwingungen in Angriff genommen wird, nämlich: die mangelnde Dämp fung, um Energie zu absorbieren, die durch die negativen Dämpfungseigenschaften der Reifen während einer longitudinalen Beschleunigung oder Bremsung in den Achsantrieb eingeleitet wird.
1C ist ein Graph 70 für das Achswellendrehmoment in Gegenüberstellung zur Zeit für herkömmliche, symmetrische Achswellen, wobei die Diagrammverläufe 72, 74 sich auf jeweils eine Achswelle beziehen und wobei jede Achswelle eine Torsionssteifigkeit von 525 Nm/Grad (d. h. Newtonmeter pro Winkelgrad) aufweist. Es ist daraus ersichtlich, dass die Drehmomentschwingungen phasengleich verlaufen, wodurch die Bedingungen für eine Zugkraftschwingung insofern nicht gemindert werden, als die Drehmomentschwingungen einer jeden Achswelle in Bezug auf die jeweils andere konstruktiv sind.
In 1D, auf die nun Bezug genommen wird, ist ein Hinterradantriebssystem 78 mit Vollachse nach dem Stand der Technik gezeigt, welches die Zugkraftschwingung zu mindern versucht, bei dem sich eine vorwärts gerichtete Drehmomentstütze 80 zwischen dem Getriebe 82 und dem Hinterachs-Differenzialmodul 84 erstreckt. Ein Paar Vollachswellen 86a, 86b steht ohne Einzelgelenkverbindung mit dem Hinterachs-Differenzialmodul 84 in Wirkverbindung. Weiterhin sind eine Spurstange 87, ein Stabilisator 88 und ein unterer Lenkerarm 89 vorhanden.
Eine nach vorn gerichtete Drehmomentstütze kann zwar die Zugkraftschwingung bei Anwendungen mit durchgehender Achse, wie in 1D, verringern, eignet sich jedoch nicht für einzeln aufgehängte Achswellen, wie in 1A und 1B. Dies ist in 1E und 1F veranschaulicht. 1E ist ein Graph 90 für das Achswellendrehmoment in Gegenüberstellung zur Zeit für eine symmetrische Achswellengarnitur, wobei jede Achswelle eine Torsionssteifigkeit von 525 Nm/Grad aufweist und die Torsionssteifigkeit der treibenden Welle 138 Nm/Grad beträgt. Es wird durch den Diagrammverlauf 92 eine fehlende Dämpfung gezeigt, wobei der Diagrammverlauf sogar eine mit der Zeit zunehmende Amplitude der Drehmomentschwingungen zeigt. 1E ist ein Graph 94, durch den die vertikale Reifenkraft, Diagrammverlauf 96, und die Reifen-Winkelschlupfgeschwindigkeit, Diagrammverlauf 98, für das Antriebssystem aus 1E, jeweils in Gegenüberstellung zur Zeit, dargestellt ist. Es ist daraus ersichtlich, dass die Diagrammverläufe 96 und 98 phasenverschoben sind, wobei sich die vertikale Reifenkraft verstärkt, während die Reifen-Winkelschlupfgeschwindigkeit abnimmt. Daher ist, da eine vorwärts gerichtete Drehmomentstütze bei abfallender Zugkraftschwingung eine negative Kopplung bildet, diese nicht in der Lage, die Zugkraftschwingung für einzeln aufgehängte, angetriebene Achswellen zu mindern; die negative Kopplung kann nämlich zugkraftbedingte Schwingungen sogar noch verstärken. In dieser Hinsicht ist mit "negativer Kopplung" gemeint, dass die vertikale Reifenkraft und die Rad-Winkelgeschwindigkeit phasenverschoben, bzw. sogar gegenphasig sind; während mit "positiver Kopplung" gemeint ist, dass die vertikale Reifenkraft und die Rad-Winkelgeschwindigkeit phasenähnlich sind. Daher ist eine nach vorn gerichtete Drehmomentstütze nicht geeignet, die Zugkraftschwingung für einzeln aufgehängte, angetriebene Achswellen zu mindern.
Demgemäß ergibt sich ein klar erkennbarer Bedarf nach einer Dämpfung von einzeln aufgehängten Achswellen, um dadurch eine Verringerung der Zugkraftschwingung und der damit einhergehenden Störungen des Achsantriebs, wie beispielsweise Achszittern, zu schaffen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung besteht in einer einzeln aufgehängten, angetriebenen Achswellengarnitur verbunden mit einer rückwärts gerichteten Drehmomentstütze, wodurch eine Minderung der Zugkraftschwingung und der damit einhergehenden Störungen des Achsantriebs, wie beispielsweise Achszittern, geschaffen wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist in einer einzeln aufgehängten, angetriebenen Achswellengarnitur eine starre, rückwärts gerichtete Drehmomentstütze an ihrem einem Ende starr mit einem Differenzial, das mit der Achswellengarnitur in Triebverbindung steht, verbunden, und an ihrem anderen Ende mit der Kraftfahrzeugkarosserie in feststehender Beabstandung von dieser verbunden. Die rückwärts gerichtete Drehmomentstütze schafft zwischen den beiden Achswellen eine positive Kopplung der Vibrationen, wobei eine nichtlineare Kopplung einer vertikalen Bewegung und einer Drehbewegung direkt mit der Kraftfahrzeugkarosserie zu einem Abfall der zugkraftbedingten Schwingungen führt. Die Achswellen können, was die Torsionssteifigkeit betrifft, in Bezug aufeinander symmetrisch oder asymmetrisch sein.
Im Fall der Verwendung der rückwärts gerichteten Drehmomentstütze mit asymmetrischen Achswellen sind die Achswellen asymmetrisch eingestellt, so dass sich die relative Torsionssteifigkeit zwischen ihnen um ein Verhältnis von im Wesentlichen zwischen ungefähr 1,4 zu 1 und ungefähr 2,0 zu 1 unterscheidet. Die Asymmetrie kann durch jede beliebige, bekannte Art und Weise vorgesehen werden, die die Torsionssteifigkeit verändert und mit den Betriebslastanforderungen an die Achswelle vereinbar ist, wie beispielsweise dadurch, dass die Achswellen dieselbe Länge, jedoch unterschiedliche Querschnittsdurchmesser aufweisen; dadurch, dass die Achs wellen dieselben Querschnittsdurchmesser, jedoch unterschiedliche Längen aufweisen; dadurch, dass die Achswellen eine unterschiedliche Festigkeit aufweisen (z. B. Vollwellen gegenüber Hohlwellen); dadurch, dass die Achswellen verschiedene Materialzusammensetzungen aufweisen; oder durch eine Kombination daraus. Die asymmetrischen Achswellen stehen mit einem Selbstsperrdifferenzial in Wirkverbindung, um eine Achs-zu-Achs-Reibungsdrehmomentkopplung zu schaffen, durch die eine Dämpfung phasenverschobener Drehmomentschwingungen zwischen den asymmetrischen Achswellen stattfindet. Beispielsweise werden die asymmetrischen Achswellen in einer Gabel aufgehängt, die ihrerseits entweder direkt oder über eine Mehrzahl von federnden Gabelhalterungen mit dem Fahrzeugrahmen oder der Fahrzeugkarosserie verbunden ist, welche eine Steifigkeit aufweisen, die durch eine spezielle Anwendung so eingestellt ist, dass dadurch die Minderung der Zugkraftschwingung in Verbindung mit der Asymmetrie der Achswellen maximiert wird.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht daher in der gleichzeitigen Implementierung von asymmetrischen Achswellen in Verbindung mit einer rückwärts gerichteten Drehmomentstütze, wodurch die Zugkraftschwingung durch diese in optimaler Weise über einen weiten Bereich von Straßenbedingungen hinweg, einschließlich nassem und trockenem Straßenpflaster, gemindert wird.
Demgemäß ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, in einer einzeln aufgehängten, angetriebenen Achswellengarnitur eine rückwärts gerichtete Drehmomentstütze zu schaffen, die eine Verbindung zwischen einem Differenzial und dem Kraftfahrzeugrahmen (oder der Kraftfahrzeugkarosserie) bildet, und optional damit eine Torsionssteifigkeitsasymmetrie der Achswellen in Bezug aufeinander zu kombinieren, wobei durch die rückwärts gerichtete Drehmomentstütze, mit oder ohne der optionalen Achswellena symmetrie, eine Minderung der Zugkraftschwingung und der damit einhergehenden Störungen des Achsantriebs, wie beispielsweise Achszittern, geschaffen wird.
Dieses Ziel wird gemeinsam mit weiteren Zielen, Merkmalen und Vorteilen der vorliegenden Erfindung in der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform verdeutlicht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine schematische Draufsicht auf ein Fahrzeug mit zuschaltbarem Vierradantrieb gemäß dem Stand der Technik.
1B ist eine Darstellung einer dem Stand der Technik entsprechenden Hinterradaufhängung eines Fahrzeugs mit symmetrischen, einzeln aufgehängten, angetriebenen Achswellen.
1C ist ein Graph des Drehmoments in Gegenüberstellung zur Zeit für eine symmetrische Achswellengarnitur gemäß dem Stand der Technik.
1D ist eine Darstellung einer Hinterradaufhängung eines Fahrzeugs mit einer durchgehenden Hinterachse nach dem Stand der Technik, bei der keine Einzelgelenkverbindung vorhanden ist, und bei der eine nach vorn gerichtete Drehmomentstütze nach dem Stand der Technik in Betrieb mit dieser gezeigt ist.
1E ist ein Graph des Gesamtdrehmoments in Gegenüberstellung zur Zeit für eine symmetrische Achswellengarnitur und ein Hinterachs-Differenzialmodul mit einer nach vorn gerichteten Drehmomentstütze.
1F ist ein Graph der vertikalen Reifenkraft in Gegenüberstellung zur Zeit für die symmetrische Achswellengarnitur mit Hinterachs-Differenzialmodul und nach vorn gerichteter Drehmomentstütze wie in 1E, der zeigt, wie sich die phasenverschobene, vertikale Belastung erhöht, während die Reifen-Winkelschlupfgeschwindigkeit abfällt.
2A ist eine umgekehrte Seiten-Perspektivansicht eines Hinterachs-Differenzialmoduls einer einzeln aufgehängten, angetriebenen Achswellengarnitur, die insbesondere eine rückwärts gerichtete Drehmomentstütze gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
2B ist eine von unten dargestellte Seiten-Perspektivansicht des Hinterachs-Differenzialmoduls einer einzeln aufgehängten, angetriebenen Achswellengarnitur mit rückwärts gerichteter Drehmomentstütze gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in 2A.
3 ist ein Graph des Drehmoments in Gegenüberstellung zur Zeit für eine symmetrische Achswellengarnitur mit Hinterachs-Differenzialmodul, und zwar mit und ohne einer rückwärts gerichteten Drehmomentstütze gemäß der vorliegenden Erfindung.
4A ist ein Graph des Gesamtdrehmoments in Gegenüberstellung zur Zeit für eine symmetrische Achswellengarnitur mit Hinte rachs-Differenzialmodul mit einer rückwärts gerichteten Drehmomentstütze gemäß der vorliegenden Erfindung.
4B ist ein Graph der vertikalen Reifenkraft in Gegenüberstellung zur Zeit für eine symmetrische Achswellengarnitur mit Hinterachs-Differenzialmodul mit einer rückwärts gerichteten Drehmomentstütze gemäß der vorliegenden Erfindung, in dem gezeigt wird, wie die phasengleiche vertikale Belastung zunimmt, während die Winkelgeschwindigkeit zunimmt.
5 ist eine Darstellung einer Hinterradaufhängung eines Fahrzeugs mit erfindungsgemäßen, asymmetrischen Achswellen.
6 ist eine Seitenansicht eines Beispiels einer ersten erfindungsgemäßen, asymmetrischen Achswelle.
6A ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 6A-6A aus 6.
7 ist ein erstes Beispiel einer zweiten asymmetrischen Achswelle, welche in Bezug auf 6 asymmetrisch ist.
7A ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 7A-7A aus 7.
8 ist ein zweites Beispiel einer zweiten asymmetrischen Achswelle, welche in Bezug auf 6 asymmetrisch ist.
8A ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 8A-8A aus 8.
8B ist eine Querschnittsansicht eines dritten Beispiels einer zweiten asymmetrischen Achswelle, welche in Bezug auf 6 symmetrisch ist.
9 ist ein Graph des Achswellendrehmoments in Gegenüberstellung zur Zeit für eine erfindungsgemäße, asymmetrische Achswellengarnitur.
10 ist ein Graph des Drehmoments der treibenden Welle in Gegenüberstellung zur Zeit, in welchem eine symmetrische und eine asymmetrische Achswellengarnitur verglichen werden.
11 ist ein Graph des Drehmoments der treibenden Welle in Gegenüberstellung zur Zeit, in welchem eine symmetrische Achswellengarnitur mit stark gedämpften Gabelhalterungen, eine asymmetrische Achswellengarnitur mit minimal gedämpften Gabelhalterungen und eine asymmetrische Achswellengarnitur mit stark gedämpften Gabelhalterungen miteinander verglichen werden.
12 ist ein Graph des Drehmoments in Gegenüberstellung zur Zeit für eine asymmetrische Achswellengarnitur bei verschiedenen Reibungsdrehmomentwerten des Selbstsperrdifferenzials.
13A ist eine Querschnittsansicht einer hinteren Gabelhalterung.
13B ist eine Querschnittsansicht einer vorderen Gabelhalterung.
14 ist eine schematische Ansicht eines Vorderradantriebssystems, wobei eine der asymmetrischen Achswellen eine Zwischenwelle umfasst.
15 ist ein Graph des Drehmoments der treibenden Welle in Gegenüberstellung zur Zeit für einzeln aufgehängte, asymmetrische Achswellen und für einzeln aufgehängte, asymmetrische Achswellen mit erfindungsgemäßer, rückwärts gerichteter Drehmomentstütze.
16 ist ein Graph des Drehmoments der treibenden Welle in Gegenüberstellung zur Zeit für einzeln aufgehängte, symmetrische Achswellen, einzeln aufgehängte, asymmetrische Achswellen, und für einzeln aufgehängte, asymmetrische Achswellen mit rückwärts gerichteter Drehmomentstütze gemäß der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In dem Zeichnungssatz, auf den nun Bezug genommen wird, sind in 2 bis 16 verschiedene Aspekte eines Kraftfahrzeug-Antriebssystems mit einzeln aufgehängten, angetriebenen Achswellen in Triebverbindung mit einem Differenzial abgebildet, wobei eine rückwärts gerichtete Drehmomentstütze eine Verbindung zwischen dem Differenzial und der Karosserie des Kraftfahrzeugs bildet.
In 2A und 2B, auf welche als erstes Bezug genommen wird, weist ein Kraftfahrzeug-Antriebssystem 1000 einzeln aufgehängte, angetriebene Achswellen (siehe z. B. 50 in 1B und 100 in 5) auf, die mit einem Hinterachs-Differenzialmodul 1004 in Triebverbindung stehen, welches seinerseits durch eine treibende Welle (beispielsweise 66 in 1B und 116 in 5) angetrieben wird. Eine starre, rückwärts gerichtete Drehmomentstütze 1006 bildet die Verbindung zwischen dem Hinterachs-Differenzialmodul 1004 und der Karosserie (d. h. einem geeigneten, starren Strukturelement) 1008 des Kraftfahrzeugs.
Ein Beispiel einer Implementierung der vorliegenden Erfindung wird durch einen Vergleich zwischen den 1B und 5 mit den 2A und 2B verständlich. Das Hinterachs-Differenzialmodul 58 aus 1B oder 108 aus 5 ist in 2A und 2B als Differenzialmodul 1004 in durch einen Drehmomentstützen-Bügel 1010 modifizierter Form vorhanden, welcher mit diesem verbunden ist, und zwar beispielsweise durch eine geeignete Verbindungsstelle mittels starrer Befestigung, beispielsweise durch Verschraubung oder Verschweißung, wobei der Drehmomentstützen-Bügel eine rückwärts (d. h. zu dem Heck des Kraftfahrzeugs hin) gerichtete Drehmomentstützen-Aufnahme 1012 aufweist. Ein vorwärts weisendes Ende 1014 der rückwärts gerichteten Drehmomentstütze 1006 ist, beispielsweise mittels eines Paars von zueinander versetzt angeordneten Schraubenbolzen 1016, derart mit der Drehmomentstützen-Aufnahme 1012 verbunden, dass die rückwärts gerichtete Drehmomentstütze 1006 in Bezug auf das Hinterachs-Differenzialmodul 1004 starr ist und in Bezug auf dieses kein Gelenk bilden kann.
In rückwärtiger Beziehung zu dem Hinterachs-Differenzialmodul 1004 (siehe Pfeil R in 2B, wobei, davon ausgehend, dass die Karosserie des Kraftfahrzeugs ein Vorderende und ein Hinterende aufweist, mit "rückwärtig" näher an dem Hinterende der Karosserie gemeint ist) ist ein Drehmomentstützen-Verbindungsstück 1018 an der Karosserie 1008 des Kraftfahrzeugs, beispielsweise an dem Kofferraumboden, befestigt. Ein Beispiel eines Drehmomentstützen-Verbindungsstücks 1018 ist ein Gabelkopf 1018', wobei ein rückwärts weisendes Ende 1020 der rückwärts gerichteten Drehmomentstütze 1006 von dem Gabelkopf 1018' aufgenommen wird und daran befestigt wird, und zwar beispielsweise durch einen durch diesen hindurchgehenden Schraubenbolzen 1022. Der Gabelkopf 1018' verbindet das rückwärts weisende Ende 1020 der rückwärts gerichteten Drehmomentstütze 1004 in feststehender räumlicher Beabstandung von der Karosserie an dem Verbindungsstück, obwohl der Schraubenbolzen 1022 eine Gelenkverbindung erlaubt, beispielsweise in Reaktion auf eine Einwirkung der Gabelhalterungen, falls solche vorhanden sind. Rein beispielhafterweise und ohne einschränkenden Charakter sei die rückwärts gerichtete Drehmomentstütze mit einer Länge zwischen ungefähr 30 cm und 60 cm angegeben.
Im Betrieb stellt in Bezug auf ein Kraftfahrzeug-Antriebssystem mit einzeln aufgehängten, durch ein Differenzialmodul angetriebenen Achswellen eine rückwärts gerichtete Drehmomentstütze (d. h. rückwärts in dem Sinn, dass sie rückwärts von dem Differenzialmodul mit der Karosserie verbunden ist) insofern eine Dämpfung der Drehmomentschwingung bereit, als die rückwärts gerichtete Drehmomentstütze eine positive Kopplung der Vibrationen zwischen den beiden Achswellen bereitstellt, wobei eine nichtlineare Kopplung von vertikaler Bewegung und Drehbewegung direkt auf die Kraftfahrzeug-Karosserie zu einem Abfall der zugkraftbedingten Schwingungen führt, und wobei die Achswellen hinsichtlich der Torsionssteifigkeit in Bezug aufeinander symmetrisch oder unsymmetrisch sein können.
Die Fähigkeit zur Zugkraftschwingungsminderung der erfindungsgemäßen, rückwärts gerichteten Drehmomentstütze in Bezug auf einzeln aufgehängte, angetriebene Achswellen ist in 3 bis 4B dargelegt.
3 ist ein Graph 1100 des Drehmoments der treibenden Welle in Gegenüberstellung zur Zeit für herkömmliche, symmetrische Achswellen, wobei jede Achswelle eine Torsionssteifigkeit von 525 Nm/Grad aufweist, wobei im Diagrammverlauf 1102 die rückwärts gerichtete Drehmomentstütze nicht vorhanden ist und im Diagrammverlauf 1104 die erfindungsgemäße, rückwärts gerichtete Drehmomentstütze vorhanden ist. Es ist daraus ersichtlich, dass die Drehmomentschwingungen eine geringere Amplitude in dem ersten Diagrammverlaufsabschnitt 1104a des Diagrammverlaufs 1104 aufweisen als in dem ersten Diagrammverlaufsabschnitt 1102a des Diagrammverlaufs 1102. Da dem so ist, ist es möglich, dass bei vorhandener, rückwärts gerichteter Drehmomentstütze die Zugkraftschwingung, die von den Kraftfahrzeuginsassen beim ersten Diagrammverlaufsabschnitt 1102a wahrgenommen werden kann, beim ersten Diagrammverlaufsabschnitt 1104a nicht wahrgenommen wird. Der Rest des Diagrammverlaufs 1102 und 1104 deutet jeweils darauf hin, dass in beiden Fällen die Amplituden der Drehmomentschwingung zu klein sind, um wahrgenommen zu werden, doch selbst dort ist ersichtlich, dass die Drehmomentschwingungen rascher gedämpft werden, wenn die Drehmomentstütze vorhanden ist.
In 4A und 4B, welche als nächstes erörtert werden, ist 4A ein Graph 1120 des Achswellendrehmoments in Gegenüberstellung zur Zeit für eine symmetrische Achswellengarnitur, wobei jede Achswelle eine Torsionssteifigkeit von 525 Nm/Grad aufweist und die Torsionssteifigkeit der treibenden Welle 138 Nm/Grad beträgt. Der Diagrammverlauf 1122 zeigt die Dämpfung, wobei der Diagrammverlauf einen ersten Diagrammverlaufsabschnitt 1122a zeigt, in welchem die Amplitude der Drehmomentschwingung sich erwartungsgemäß verhält, um dann im restlichen Diagrammverlauf rasch abzunehmen. 4B ist ein Graph 1130, in welchem die vertikale Reifenkraft, Diagrammverlauf 1132, und die Reifen-Winkel schlupfgeschwindigkeit, Diagrammverlauf 1134, jeweils in Gegenüberstellung zur Zeit für das Antriebssystem aus 4A aufgetragen sind. Es ist daraus ersichtlich, dass die Diagrammverläufe 1132 und 1134 phasengleich sind, wobei sich die vertikale Reifenkraft verstärkt, während die Reifen-Winkelschlupfgeschwindigkeit zunimmt. Daher ist, da eine rückwärts gerichtete Drehmomentstütze bei abfallender Zugkraftschwingung eine positive Kopplung bildet, diese in der Lage, die Zugkraftschwingung für einzeln aufgehängte, angetriebene Achswellen zu mindern. Es ist von Interesse, 1F und 1E mit 4A und 4B zu vergleichen, um den Nutzen der erfindungsgemäßen, rückwärts gerichteten Drehmomentstütze richtig einzuschätzen.
Wie erwähnt, kann die rückwärts gerichtete Drehmomentstütze gemeinsam mit einzeln aufgehängten Antriebsachswellen verwendet werden, die torsionssymmetrisch oder -asymmetrisch sein können, wie in der vorläufigen Patentanmeldung 61/014,783 beschrieben, deren Offenbarung nun in Verbindung mit 5 bis 14 nochmals durchbesprochen wird, woraufhin daran anschließend in Verbindung mit 15 und 16 die erfindungsgemäße, rückwärts gerichtete Drehmomentstütze bei gemeinsamer Verwendung mit asymmetrischen Achswellen erörtert wird.
In 5 ist ein Beispiel einer Kraftfahrzeug-Hinterradaufhängung 102 eines Kraftfahrzeug-Antriebssystems abgebildet, in welche die asymmetrischen Achswellen 100 integriert sind. Die asymmetrischen Achswellen 100 sind in Form einer Garnitur aus zwei wechselseitig unsymmetrischen Achswellen ausgebildet: einer ersten Achswelle 100a und einer zweiten Achswelle 100b, wobei die Asymmetrie zwischen den beiden dergestalt ist, dass eine jede in Bezug auf die jeweils andere eine unterschiedliche Torsionssteifigkeit aufweist. Die Hinterradaufhängung 102 umfasst eine Gabel 104, welche in dieser Anwendung durch federnde Gabelhalterungen 106 an einem Rahmen (nicht gezeigt) des Kraftfahrzeugs angebracht ist. Ein Hinterachs-Differenzialmodul 108 ist mittels federnder Differenzialmodulhalterungen 110 mit der Gabel 104 verbunden und ist weiterhin über Gleichlaufgelenke 112a, 112b jeweils mit der ersten bzw. zweiten Achswelle 100a, 100b der asymmetrischen Achswellen 100 verbunden. Die erste und die zweite Achswelle 100a, 100b sind über die Gleichlaufgelenke 112a, 112b jeweils einzeln aufgehängt, so dass sie in der Lage sind, sich unabhängig voneinander entlang den Pfeilen 114a, 114b gelenkig zu bewegen. Eine treibende Welle 116 ist an einem Ende mit einem Getriebe (nicht gezeigt) und an ihrem anderen Ende über ein Gleichlauf-(oder anders geartetes)Gelenk 118 mit dem Hinterachs-Differenzialmodul verbunden.
In 6 bis 14, auf welche nun Bezug genommen wird, werden Struktur- und Funktionsaspekte der asymmetrischen Achswellen 100, 100' im Detail erörtert.
6 und 6A stellen eine erste Achswelle 100a, 100a' dar, bei welcher eine Länge L₁ vorausgewählt ist und ein Querschnittsdurchmesser D₁ ebenfalls vorausgewählt ist. Dabei werden als Auswahlkriterien jene herangezogen, die im Allgemeinen in der Technik als Standard hinsichtlich Strapazierfähigkeit und Verhalten in Bezug auf Drehmomentbeanspruchung gelten. In dieser Hinsicht weist die erste Achswelle eine ausgewählte Torsionssteifigkeit T₁ auf. Beispielsweise ist die erste Achswelle 100a' aus Voll- oder Hohlstahl in zylindrischer Konfiguration mit Zähnen 122a, 122b an jedem Ende gestaltet, um mit Gleichlaufgelenken der Einzelaufhängung in Eingriff zu treten.
Im Gegensatz dazu ist die zweite Achswelle 100b asymmetrisch in Bezug auf die erste Achswelle 100a, so dass deren physikalische Eigenschaften eine unterschiedliche Torsionssteifigkeit T₂ bereitstellen, die größer oder kleiner als T₁ sein kann, wobei das Verhältnis der Torsionssteifigkeit zwischen ungefähr 1,4 zu 1 und ungefähr 2,0 zu 1 beträgt. Beispielsweise ist die zweite Achswelle 100b aus Voll- oder Hohlstahl in zylindrischer Konfiguration ebenfalls mit Zähnen 122a, 122b an jedem Ende gestaltet, um mit Gleichlaufgelenken der Einzelaufhängung in Eingriff zu treten.
7 bis 8B, welche nun erörtert werden, sind Beispiele dafür, wie physikalische Unterschiede zwischen der ersten und der zweiten Achswelle 100a, 100b den gewünschten Torsionssteifigkeitsunterschied bereitstellen können.
7 und 7A zeigen ein erstes Beispiel einer zweiten Achswelle 100b, 100b', bei welcher die Länge L₂ gleich der Länge L₁ ist; jedoch der Querschnittsdurchmesser D₂ von D₁ verschieden ist (die Zähne 122a, 122b sind identisch mit 3). In dem gezeigten Beispiel, D₂ > D₁, ist es jedoch natürlich auch möglich, D₂ < D₁ werden zu lassen, wobei es dafür lediglich erforderlich ist, dass D₁ ungleich D₂ ist, und zwar so, dass der gewünschte Torsionssteifigkeitsunterschied gegeben ist, bei welchem das Verhältnis zwischen ungefähr 1,4 zu 1 und 2,0 zu 1 liegt.
8 und 8A zeigen ein zweites Beispiel einer zweiten Achswelle 100b, 100b'', bei welcher der Querschnittsdurchmesser D₂' gleich D₁ ist; jedoch die Länge L₂' verschieden von L1 ist (die Zähne 122a, 122b sind identisch mit jenen aus 3). In dem gezeigten Beispiel, L₂' < L₁, ist es jedoch natürlich auch möglich, L₂' > L₁ werden zu lassen, wobei es dafür lediglich erforderlich ist, dass L₁ ungleich L₂ ist, und zwar so, dass der gewünschte Torsionssteifigkeitsunterschied gegeben ist, bei welchem das Verhältnis zwischen ungefähr 1,4 zu 1 und 2,0 zu 1 liegt.
Natürlich ist es möglich, die physikalischen Eigenschaften auf andere Art und Weise zu ändern, um den Torsionssteifigkeitsunterschied zwischen der ersten und der zweiten Achswelle 100a, 100b zu erzielen, und zwar beispielsweise durch eine ausgewählte Kombination aus Querschnittsdurchmesserunterschied, Längenunterschied, Festigkeitsunterschied (d. h. Vollkonstruktion im Gegensatz zu Hohlkonstruktion) oder Materialzusammensetzungsunterschied (da jedoch verschiedene Stahlsorten dazu neigen, allesamt für eine gegebene Geometrie in etwa dieselbe Torsionssteifigkeit aufzuweisen, ist durch die Stahlwerkstoffsubstitution für sich alleine genommen wahrscheinlich kein ausreichender Unterschied erzielbar). Ein Beispiel für Torsionssteifigkeits-Asymmetrie infolge eines Festigkeitsunterschieds ist durch den Vergleich zwischen 6 und 8B gezeigt, in denen ein drittes Beispiel einer zweiten Achswelle 100b, 100b'' hohl ist und einen größeren oder kleineren Querschnittsdurchmesser als D₁ und eine längere oder kürzere Länge als L₁ aufweisen kann, wodurch die Torsionssteifigkeit zwischen diesen unterschiedlich ist. Wie erwähnt, können von der ersten Achswelle 100a und der zweiten Achswelle 100b entweder die eine oder die andere oder alle beide voll oder hohl sein.
Die asymmetrischen Achswellen 100, 100' stehen mit einem Selbstsperrdifferenzial, entweder mechanischer oder elektrischer Natur (wie beispielsweise 108 aus 5 oder 306 aus 14) in Wirkverbindung, um eine mechanische Achs-zu-Achs-Kopplung zu schaffen, durch welche eine Dämpfung phasenverschobener Drehmomentschwingungen zwischen den asymmetrischen Achswellen stattfindet. Die mechanische Kopplung in einem Selbstsperrdifferenzial stellt eine Reibungsdrehmomentkopplung zwischen den asymmetrischen Achswellen bereit, wobei beispielsweise durch empirische Erprobung oder durch mathematische Modellierung ein optimales Reibungsdrehmoment bereitgestellt wird, welches für einen gegebenen Torsionssteifigkeitsunterschied zwischen den asymmetrischen Achs wellen in einer speziellen Anwendung optimal ist. Kommt es diesbezüglich zu keiner Reibungsdrehmomentkopplung zwischen den asymmetrischen Achswellen, so ist die Asymmetrie zwischen den Achswellen nicht in der Lage, eine Achs-zu-Achs-Dämpfung durch phasenverschobene Drehmomentschwingungen bereitzustellen; wird andererseits ein offenes Differenzial anstelle eines Selbstsperrdifferenzials verwendet, oder weist die Kopplung keinen Schlupf zwischen den asymmetrischen Achswellen auf, so neigen die Drehmomentschwingungen zwischen diesen dazu, phasengleich zu sein, und die Dämpfung wird gemindert, das heißt verringert.
9 ist ein Graph 210 des Achswellendrehmoments in Gegenüberstellung zur Zeit für erfindungsgemäße, asymmetrische Achswellen 100, wobei sich der Diagrammverlauf 212 auf die erste Achswelle 100a bezieht, welche eine Torsionssteifigkeit von 270 Nm/Grad aufweist, und wobei sich der Diagrammverlauf 214 auf die zweite Achswelle 100b bezieht, welche eine Torsionssteifigkeit von 525 Nm/Grad aufweist. Es ist daraus ersichtlich, dass im Gegensatz zu 1C die Drehmomentschwingungen phasenverschoben verlaufen, wodurch die Bedingungen für eine Zugkraftschwingung insofern gemindert werden, als die Drehmomentschwingungen einer jeden Achswelle in Bezug auf die jeweils andere destruktiv sind (wobei die phasenverschobenen Drehmomentschwingungen während eines Anfangsabschnitts eines Zugkraftschwingungsereignisses, wenn die Wahrscheinlichkeit am größten ist, dass die Zugkraftschwingung von den Fahrzeuginsassen wahrgenommen wird, am ausgeprägtesten sind).
10 ist ein Graph 220 des Drehmoments der treibenden Welle (siehe 116 aus 5) in Gegenüberstellung zur Zeit für herkömmliche, symmetrische Achswellen im Diagrammverlauf 222, wobei jede Achswelle eine Torsionssteifigkeit von 525 Nm/Grad aufweist, wobei die treibende Welle eine Torsionssteifigkeit von 138 Nm/Grad aufweist, und wobei die Dämp fung der Gabelhalterung (siehe 106 aus 2) 2 Ns/mm beträgt; und für erfindungsgemäße, asymmetrische Achswellen 100 im Diagrammverlauf 224, wobei die erste Achswelle 100a eine Torsionssteifigkeit von 270 Nm/Grad aufweist, und die zweite Achswelle 100b eine Torsionssteifigkeit von 525 Nm/Grad aufweist, wobei die treibende Welle eine Torsionssteifigkeit von 138 Nm/Grad hat und wobei mit einem elektronischen Selbstsperrdifferenzial mit einem Reibungsdrehmoment von 400 Nm die Gabelhalterungsdämpfung 2 Ns/mm beträgt. Es ist daraus ersichtlich, dass die Amplituden der Drehmomentschwingungen in dem Diagrammverlaufs-Anfangsabschnitt 222a hoch sind, woraus sich ablesen lässt, dass die Zugkraftschwingung eine ausreichende Amplitude aufweist, um von Insassen wahrgenommen zu werden. Andererseits weist der Diagrammverlaufs-Anfangsabschnitt 224a Drehmomentschwingungen von geringerer Amplitude als der Diagrammverlaufs-Anfangsabschnitt 222a auf, woraus sich ablesen lässt, dass die Zugkraftschwingung keine ausreichende Amplitude aufweist, um von den Insassen wahrgenommen zu werden. Die Tatsache, dass der Diagrammverlaufs-Folgeabschnitt 224b des Diagrammverlaufs 224 eine weitere Restamplitude als der Diagrammverlaufs-Folgeabschnitt 222b des Diagrammverlaufs 222 aufweist, ist von verschwindender Bedeutung, da die Amplituden dieser Drehmomentschwingungen von den Fahrzeuginsassen nicht wahrgenommen werden.
11 ist ein Graph 240 des Drehmoments der treibenden Welle in Gegenüberstellung zur Zeit für herkömmliche, symmetrische Achswellen im Diagrammverlauf 242, wobei jede Achswelle eine Torsionssteifigkeit von 525 Nm/Grad aufweist, wobei die treibende Welle eine Torsionssteifigkeit von 138 Nm/Grad aufweist und wobei die Gabelhalterungsdämpfung mit ungefähr 2 Ns/mm hoch ist; für erfindungsgemäße, asymmetrische Achswellen 100 im Diagrammverlauf 244, wobei die erste Achswelle 100a eine Torsionssteifigkeit von 270 Nm/Grad aufweist, und die zweite Achswelle 100b eine Torsionssteifigkeit von 525 Nm/Grad aufweist, wobei die treibende Welle eine Torsionssteifigkeit von 138 Nm/Grad aufweist, und wobei die Gabelhalterungsdämpfung mit ungefähr 0,2 Ns/mm bei ungefähr 10 Hz minimal ist; und für erfindungsgemäße, asymmetrische Achswellen 100 im Diagrammverlauf 246, wobei die erste Achswelle 100a eine Torsionssteifigkeit von 270 Nm/Grad aufweist, und die zweite Achswelle 100b eine Torsionssteifigkeit von 525 Nm/Grad aufweist, wobei die treibende Welle eine Torsionssteifigkeit von 138 Nm/Grad aufweist, und wobei die Gabelhalterungsdämpfung mit ungefähr 2 Ns/mm hoch ist. Es ist ersichtlich, dass die Amplituden der Drehmomentschwingungen im Diagrammverlaufsabschnitt 242a des Diagrammverlaufs 242 hoch sind, woraus sich ablesen lässt, dass die Zugkraftschwingung eine ausreichende Amplitude aufweist, um von den Insassen wahrgenommen zu werden, während jene des Diagrammverlaufs-Anfangsabschnitts 244a des Diagrammverlaufs 244 und des Diagrammverlaufs-Anfangsabschnitts 246a des Diagrammverlaufs 246 Amplituden der jeweiligen Drehmomentschwingungen aufweisen, die ausreichend niedrig sind, so dass die Insassen keine Zugkraftschwingung wahrnehmen würden. Weiterhin ist jedoch ersichtlich, dass zwar der anfängliche Diagrammverlaufsabschnitt 244a eine Drehmomentschwingung mit relativ geringer Amplitude aufweist, dass für den Diagrammverlaufs-Folgeabschnitt 244b die Amplitude der Drehmomentschwingung auf ein Niveau ansteigt, das von den Insassen wahrgenommen werden kann. Andererseits weist der Diagrammverlauf 246 überall eine Drehmomentschwingung mit geringen Amplituden auf, woraus sich ablesen lässt, dass von den Insassen keine Zugkraftschwingung wahrgenommen würde. Demgemäß kann es, je nach Anwendung, wünschenswert sein, hochgedämpfte Gabelhalterungen mit den asymmetrischen Achswellen 100 vorzusehen; es ist jedoch auch festzuhalten, dass es Anwendungen gibt, bei denen zwar keine Gabelhalterungen verwendet werden, bei denen aber dennoch eine Dämpfung der asymmetrischen Achswellen gegeben ist.
Eine Veranschaulichung der Auswirkung des Reibungsdrehmoments des Selbstsperrdifferenzials ist in 12 gezeigt, die einen Graphen 250 des Achswellendrehmoments in Gegenüberstellung zur Zeit für erfindungsgemäße, asymmetrische Achswellen 100 darstellt. In dieser Veranschaulichung weist die erste Achswelle 100a eine Torsionssteifigkeit von 270 Nm/Grad auf und die zweite Achswelle 100b eine Torsionssteifigkeit von 525 Nm/Grad, wobei die treibende Welle eine Torsionssteifigkeit von 138 Nm/Grad hat und wobei die Gabelhalterungsdämpfung 2 Ns/mm beträgt. Es ist ersichtlich, dass ein Reibungsdrehmoment von 100 Nm, gemäß Diagrammverlauf 252, zu gering sein kann, ein Reibungsdrehmoment von 400 Nm, gemäß Diagrammverlauf 254, optimal sein kann, und ein Reibungsdrehmoment von 2 000 Nm, gemäß Diagrammverlauf 256, zu hoch sein kann.
Für den Fall, dass federnde Gabelhalterungen 106 verwendet werden, wird die Steifigkeit der Gabelhalterungen durch die Gummikonfiguration und -auswahl angepasst. Zur Veranschaulichung sind in 13A und 13B federnde Gabelhalterungen abgebildet, wobei 13A eine hintere Gabelhalterung 106 abbildet und 13B eine vordere Gabelhalterung 106'' abbildet. Jede Gabelhalterung 106', 106'' besteht jeweils aus einer oberen Metall-Unterlegscheibe 106a, 106a', einer unteren Metall-Unterlegscheibe 106b, 106b', einem Gummikern 106c, 106c' und einer Außenhülse 106d, 106d'.
14 ist eine schematische Abbildung eines Vorderradantriebssystems 300, das eine Maschine 302, ein Getriebe 304, ein Selbstsperrdifferenzial 306 und asymmetrische Achswellen 100' umfasst. Die erste Achswelle 100a, 100a'' ist beispielsweise wie in 6 dargestellt ausgebildet. Die zweite Achswelle 100b, 100b'''' ist eine Kombination aus einem zweiten Achswellenbauteil 100c und einem Zwischenwellenbauteil 100d, welches mit diesem, beispielsweise an einer Gabelhalterung 106''', in Triebverbindung steht. Es versteht sich, dass die Asymmetrie zwischen der ersten und der zweiten Achswelle die physikalischen Eigenschaften (d. h. Länge, Querschnittsdurchmesser, Festigkeit, Zusammensetzung, usw.) der ersten Achswelle 100a, 100a'' in Bezug auf die zweite Achswelle 100b, 100b'''' für das zweite Achswellenbauteil 100c und das Zwischenwellenbauteil 100d jeweils einzeln oder für beide gemeinsam mit einschließt.
Das folgende Beispiel dient der Veranschaulichung, ist keineswegs als Einschränkung aufzufassen und wird hier nur zu Referenzzwecken angeführt.
BEISPIEL
Bei den asymmetrischen Achswellen hat die erste Achswelle 100a eine Torsionssteifigkeit von 270 Nm/Grad (rechte Achswelle mit einem Durchmesser von 35 mm zwischen den Zähnen, einer Länge von 0,6 Meter und einer Zusammensetzung aus 300M-Vollstahl) und hat die zweite Achswelle 100b eine Torsionssteifigkeit von 525 Nm/Grad (linke Achswelle mit einem Durchmesser von 55 mm zwischen den Zähnen, einer Länge von 0,52 Meter und einer Zusammensetzung aus 300M-Hohlstahl mit einer Wanddicke von 8 mm); die treibende Welle hat eine Torsionssteifigkeit von 138 Nm/Grad; das Reibungsdrehmoment des Selbstsperrdifferenzials beträgt 400 Nm; und die Gabellagerungen haben eine vertikale Dämpfung von 2 Ns/mm.
In 15 und 16, welche nun erörtert werden, sind vorteilhafte Aspekte der erfindungsgemäßen, rückwärts gerichteten Drehmomentstütze bei deren Verwendung in Verbindung mit den oben erwähnten, asymmetrischen Achswellen abgebildet.
15 ist ein Graph 1130 des Achswellendrehmoments in Gegenüberstellung zur Zeit für asymmetrische Achswellen 100, und zwar mit und ohne der erfindungsgemäßen, rückwärts gerichteten Drehmomentstütze 1006. In diesem Beispiel hat die erste Achswelle 100a eine Torsionssteifigkeit von 270 Nm/Grad und die zweite Achswelle 100b eine Torsionssteifigkeit von 525 Nm/Grad, wobei die treibende Welle eine Torsionssteifigkeit von 138 Nm/Grad hat und wobei die Gabelhalterungsdämpfung 2 Ns/mm beträgt. Der Diagrammverlauf 1132 bezieht sich auf die asymmetrischen Achswellen ohne eine rückwärts gerichtete Drehmomentstütze, und der Diagrammverlauf 1134 bezieht sich auf die erfindungsgemäßen, asymmetrischen Achswellen mit der erfindungsgemäßen, rückwärts gerichteten Drehmomentstütze. Es ist ersichtlich, dass der Diagrammverlauf 1134 eine im Vergleich zu dem Diagrammverlauf 1132 bessere Dämpfung von Drehmomentschwingungen aufweist.
16 ist ein Graph 1140, wie in 15, wobei nun die asymmetrischen Achswellen aus 15 ohne eine rückwärts gerichtete Drehmomentstütze, Diagrammverlauf 1142, und mit der erfindungsgemäßen, rückwärts gerichteten Drehmomentstütze, Diagrammverlauf 1144, mit symmetrischen Achswellen mit jeweils einer Torsionssteifigkeit von 525 Nm/Grad mit einer rückwärts gerichteten Drehmomentstütze, Diagrammverlauf 1446, verglichen werden. Es ist ersichtlich, dass der Diagrammverlauf 1144 eine im Vergleich zu dem Diagrammverlauf 1142 bessere Dämpfung von Drehmomentschwingungen aufweist, wobei der Diagrammverlauf 1142 in Bezug auf die Dämpfung von Drehmomentschwingungen dem Diagrammverlauf 1146 einer herkömmlichen, symmetrischen Achsgarnitur deutlich überlegen ist.

Es können zwar entweder die asymmetrischen Achswellen oder die rückwärts gerichtete Drehmomentstütze jeweils auch für sich alleine Verwendung finden, der eindeutige Vorteil einer Minderung der Zugkraftschwingung ergibt sich jedoch erst durch die synergistische Wirkung, die entsteht, wenn beide gleichzeitig zum Einsatz kommen. Die nachfolgende Tabelle gibt an, wie durch die vorliegende Erfindung die Zugkraftschwingung für verschiedene Straßenbedingungen gemindert werden kann, wobei eine Testreihe durchgeführt wurde und die Wahrnehmung der Zugkraftschwingung für eine trockene Straße und für eine nasse Straße subjektiv beurteilt wurde: TABELLE

Achswellentyp	Rückwärts ge	Trockene Straße	Nasse Straße
	richtete Dreh
	momentstütze
Symmetrisch	Nein	Wahrnehmbar	Wahrnehmbar
Asymmetrisch	Nein	Eliminiert	Wahrnehmbar
Symmetrisch	Ja	Wahrnehmbar	Eliminiert
Asymmetrisch	Ja	Eliminiert	Eliminiert

Für den Fachmann auf dem Gebiet, zu welchem diese Erfindung gehört, kann die oben beschriebene, bevorzugte Ausführungsform Veränderungen oder Modifikationen erfahren. Derlei Veränderungen oder Modifikationen können vorgenommen werden, ohne dass dadurch von dem Umfang der Erfindung abgewichen wird, welcher ausschließlich durch den Umfang der beigefügten Patentansprüche beschränkt sein soll.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 4699235 [0003, 0004]

Claims

Kraftfahrzeug und dessen Antriebssystem, umfassend: eine Karosserie mit einem Karosserie-Vorderende und einem entgegengesetzt angeordneten Karosserie-Hinterende; eine erste Achswelle; eine zweite Achswelle, wobei die erste und die zweite Achswelle in Bezug auf die Karosserie einzeln aufgehängt sind; ein mit der ersten und der zweiten Achswelle in Triebverbindung stehendes Differenzial; und eine starre Drehmomentstütze mit einem vorwärts gerichteten Ende der Drehmomentstütze und einem entgegengesetzt angeordneten, rückwärts gerichteten Ende der Drehmomentstütze, wobei das vorwärts gerichtete Ende der Drehmomentstütze starr mit dem Differenzial verbunden ist und das rückwärts gerichtete Ende der Drehmomentstütze mit der Karosserie verbunden ist, und zwar an einer Stelle, die näher als das Differenzial an dem Karosserie-Hinterende gelegen ist, wobei das rückwärts gerichtete Ende der Drehmomentstütze an der Verbindung in einem feststehenden räumlichen Abstand von der Karosserie gehalten wird.
Kraftfahrzeug und Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei das rückwärts gerichtete Ende der Drehmomentstütze über eine Verbindung mit einem Gabelkopf mit der Karosserie verbunden ist, wobei der Gabelkopf mit der Karosserie verbunden ist.
Kraftfahrzeug und Antriebssystem nach Anspruch 2, wobei die Verbindung des rückwärts gerichteten Endes der Drehmomentstütze mit dem Gabelkopf schwenkbar ist.
Kraftfahrzeug und Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei: das Differenzial ein Sperrdifferenzial ist; die erste Achswelle eine erste Torsionssteifigkeit aufweist; und die zweite Achswelle eine zweite Torsionssteifigkeit aufweist; wobei ein Torsionssteifigkeitsunterschied zwischen der ersten Torsionssteifigkeit und der zweiten Torsionssteifigkeit durch ein Verhältnis zwischen der ersten Torsionssteifigkeit und der zweiten Torsionssteifigkeit definiert ist, und wobei das Verhältnis größer als im Wesentlichen ungefähr 1,4 zu 1 ist; und wobei das Sperrdifferenzial ein vorbestimmtes Reibungsdrehmoment in Bezug auf die erste und die zweite Achswelle schafft.
Kraftfahrzeug und Antriebssystem nach Anspruch 4, wobei das Reibungsdrehmoment größer als ungefähr 100 Nm und geringer als ungefähr 2 000 Nm ist.
Kraftfahrzeug und Antriebssystem nach Anspruch 5, wobei das rückwärts gerichtete Ende der Drehmomentstütze über eine Verbindung mit einem Gabelkopf mit der Karosserie verbunden ist, wobei der Gabelkopf mit der Karosserie verbunden ist. und wobei die Verbindung des rückwärts gerichteten Endes der Drehmomentstütze mit dem Gabelkopf schwenkbar ist.
Kraftfahrzeug und Antriebssystem nach Anspruch 4, wobei die erste Achswelle eine erste Gruppe von physikalischen Eigenschaften aufweist und die zweite Achswelle eine zweite Gruppe von physikali schen Eigenschaften aufweist, wobei ein Unterschied zwischen den physikalischen Eigenschaften den Torsionssteifigkeitsunterschied schafft.
Kraftfahrzeug und Antriebssystem nach Anspruch 7, wobei das Verhältnis im Wesentlichen zwischen ungefähr 1,4 zu 1 und ungefähr 2,0 zu 1 liegt.
Kraftfahrzeug und Antriebssystem nach Anspruch 8, wobei der Unterschied zwischen den physikalischen Eigenschaften ein relativer Unterschied bei zumindest einer der Eigenschaften Querschnittsdurchmesser, Länge, Festigkeit und Zusammensetzung zwischen der ersten und der zweiten Achswelle ist.
Kraftfahrzeug und Antriebssystem nach Anspruch 9, wobei das Reibungsdrehmoment größer als ungefähr 100 Nm und geringer als ungefähr 2 000 Nm ist.
Kraftfahrzeug und Antriebssystem nach Anspruch 10, wobei das rückwärts gerichtete Ende der Drehmomentstütze über eine Verbindung mit einem Gabelkopf mit der Karosserie verbunden ist, wobei der Gabelkopf mit der Karosserie verbunden ist, und wobei die Verbindung des rückwärts gerichteten Endes der Drehmomentstütze mit dem Gabelkopf schwenkbar ist.
Kraftfahrzeug und Antriebssystem nach Anspruch 4, wobei die zweite Achswelle umfasst: ein zweites Achswellenbauteil; und ein Zwischenwellenbauteil, das treibend mit dem zweiten Achswellenbauteil verbunden ist; wobei der Unterschied durch ausgewählte, physikalische Eigenschaften des zweiten Achswellenbauteils und des Zwischenwellenbauteils geschaffen wird.
Kraftfahrzeug und Antriebssystem nach Anspruch 12, wobei das Verhältnis im Wesentlichen zwischen ungefähr 1,4 zu 1 und ungefähr 2,0 zu 1 liegt.
Kraftfahrzeug und Antriebssystem nach Anspruch 13, wobei der Unterschied zwischen den physikalischen Eigenschaften ein relativer Unterschied zwischen der ersten bzw. der zweiten Achswelle bei zumindest einer der Eigenschaften Querschnittsdurchmesser, Länge, Festigkeit und Zusammensetzung ist.
Kraftfahrzeug und Antriebssystem nach Anspruch 14, wobei das Reibungsdrehmoment größer als ungefähr 100 Nm und geringer als ungefähr 2 000 Nm ist.
Kraftfahrzeug und Antriebssystem nach Anspruch 15, wobei das rückwärts gerichtete Ende der Drehmomentstütze über eine Verbindung mit einem Gabelkopf mit der Karosserie verbunden ist, wobei der Gabelkopf mit der Karosserie verbunden ist, und wobei die Verbindung des rückwärts gerichteten Endes der Drehmomentstütze mit dem Gabelkopf schwenkbar ist.
Verfahren zum Mindern der Zugkraftschwingung bei einer einzeln aufgehängten, angetriebenen Achswellengarnitur eines Kraftfahrzeugs, welches die Schritte umfasst, dass: eine Karosserie des Kraftfahrzeugs vorgesehen wird; eine erste und eine zweite Achswelle vorgesehen werden, welche in Bezug auf die Karosserie einzeln aufgehängt sind; ein Differenzial vorgesehen wird, das treibend mit der ersten und der zweiten Achswelle verbunden ist; eine starre, rückwärts gerichtete Drehmomentstütze vorgesehen wird; die rückwärts gerichtete Drehmomentstütze starr mit dem Differenzial verbunden wird; und die rückwärts gerichtete Drehmomentstütze in einer sich von dem Differenzial ausgehend zu der rückwärtigen Karosserie hin erstreckenden Richtung in feststehender Beabstandung zu der Karosserie mit der Karosserie verbunden wird; wobei die rückwärts gerichtete Drehmomentstütze so ausgewählt ist, dass Drehmomentschwingungen als Funktion der Zeit im Allgemeinen phasenverschoben in Bezug auf die erste und die zweite Achswelle erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt des Vorsehens der ersten und der zweiten Achswelle weiterhin umfasst, dass: ein Torsionssteifigkeitsunterschied zwischen einer ersten Torsionssteifigkeit der ersten Achswelle ausgewählt wird; und eine zweite Torsionssteifigkeit der zweiten Achswelle ausgewählt wird; wobei der Torsionssteifigkeitsunterschied durch ein Verhältnis zwischen der ersten Torsionssteifigkeit und der zweiten Torsionssteifigkeit definiert ist, und wobei das Verhältnis größer als im Wesentlichen ungefähr 1,4 ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Schritt des Vorsehens eines Differenzials die Schritte umfasst, dass ein Selbstsperrdifferenzial vorgesehen wird; und ein Reibungsdrehmoment des Selbstsperrdifferenzials ausgewählt wird; und das Selbstsperrdifferenzial mit dem ausgewählten Reibungsdrehmoment versehen wird; wobei die rückwärts gerichtete Drehmomentstütze und der Torsionssteifigkeitsunterschied so gewählt werden, dass Drehmomentschwingungen als Funktion der Zeit im Allgemeinen phasenverschoben in Bezug auf die erste und die zweite Achswelle erfolgen, und zwar entsprechend dem Verhältnis und dem ausgewählten Reibungsdrehmoment.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei durch den Schritt des Auswählens das Verhältnis so ausgewählt wird, dass dieses im Wesentlichen zwischen ungefähr 1,4 zu 1 und ungefähr 2,0 zu 1 liegt.