DE102009013293A1

DE102009013293A1 - Differenzialgetriebe mit Torque Vectoring Funktionalität

Info

Publication number: DE102009013293A1
Application number: DE200910013293
Authority: DE
Inventors: Thorsten Biermann; Bernd-Robert HÖHN; Franz Kurth
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-03-14
Filing date: 2009-03-14
Publication date: 2010-09-16

Abstract

Es ist ein Differenzialgetriebe (1) mit Torque-Vectoring-Funktionalität offenbart. Es besitzt ein Differenzial (3) mit einem Differenzialplanetenträger (5), mit dem ein Überlagerungssystem (10) in Wirkzusammenhang steht. Dem Überlagerungssystem (10) ist ein erstes Getriebeelement (11) mit mindestens einem ersten Planet (13) und ein zweites Getriebeelement (12) mit mindestens einem zweiten Planet (14) zugeordnet. Dem ersten Getriebeelement (11) ist eine erste Bremse (15) und dem zweiten Getriebeelement (12) eine zweite Bremse (16) zugeordnet.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Differenzialgetriebe mit Torque-Vectoring-Funktionalität. Im Besonderen umfasst das Differenzialgetriebe ein Differenzial mit einem Differenzial planetenträger. Im Differenzial ist ein Überlagerungssystem in Wirkzusammenhang zugeordnet. Diesem Überlagerungssystem sind dabei ein erstes Getriebeelement mit mindestens einem ersten Planeten und ein zweites Getriebeelement mit mindestens einem zweiten Planeten zugeordnet.
Hintergrund der Erfindung
Die Deutsche Patentanmeldung DE 10 2005 007 650 A1 offenbart ein Differenzialgetriebe eines Fahrzeugs. Das Differenzialgetriebe wird dazu verwendet, um ein Antriebsmoment in Fahrzeugquerrichtung zwischen zwei Rädern einer antreibenden Fahrzeugquerachse zu verteilen. Das Antriebsmoment einer Getriebeeingangswelle wird mit einem vordefinierten Verteilungsgrad zwischen zwei jeweils mit der Getriebeeingangswelle wirkverbundenen Getriebeausgangswellen verteilt. Die Getriebeausgangswellen stehen jeweils mit einem der Räder einer Fahrzeugquerachse in Wirkverbindung. Die Getriebeausgangswellen sind über eine Getriebeeinrichtung miteinander wirkverbunden. Des Weiteren ist die Getriebeeinrichtung derart mit einer ein Drehmoment erzeugender Antriebsquelle verbunden, dass der vordefinierte Verteilungsgrad in Abhängigkeit des Drehmomentes der Antriebswelle veränderbar ist.
Die Deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2004 002 195 A1 offenbart ein Verteilergetriebe mit einer Antriebsmaschine verbundenen Antriebswelle und zwei Abtriebswellen. Zwischen der Antriebswelle und einer der Abtriebswellen ist jeweils ein Schaltelement mit stufenlos variierbarer Übertragungsfähigkeit angeordnet. Ein Verteilungsgrad des Antriebsmomentes der Antriebsmaschine ist zwischen den beiden Abtriebswellen in Abhängigkeit der jeweils steuer- und regelbaren Übertragungsfähigkeiten der Schaltelemente einstellbar. Im Kraftschluss zwischen der Antriebswelle und der beiden Abtriebswellen ist derart wenigstens ein Verteilerradsatz mit definierter Übersetzung angeordnet. Das Antriebsmoment ist bei Wirkung des ersten Schaltelementes mit einer Übertragungsfähigkeit, bei der über das erste Schaltelement im Wesentlichen kein Drehmoment geführt ist, und im synchronen Zustand des zweiten Schaltelements mit einem mit der Übersetzung des Verteilerradsatzes korrespondierenden Grundverteilungsgrad zwischen den beiden Abtriebswellen verteil bar.
Die Deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2004 002 187 A1 offenbart ein Getriebe zum Verteilen eines Antriebsmomentes auf wenigstens zwei Abtriebswellen mit mindestens zwei wenigstens dreiwelligen Differenzialen. Zwischen einer dritten Welle des zweiten Differenzials und der zweiten Welle des ersten Differenzials sowie zwischen der zweiten Welle und der dritten Welle des zweiten Differenzials ist jeweils ein reifschlüssiges Schaltelement angeordnet, deren Übertragungsfähigkeit jeweils über eine Aktuatorik einstellbar ist. Das Antriebsmoment ist zwischen den beiden Abtriebswellen in Abhängigkeit der eingestellten Übertragungsfähigkeiten der Kupplung verteilbar. Dazu sind die Übertragungsfähigkeiten der beiden Schaltelemente zwischen einem unteren Grenzwert, bei dem im Wesentlichen kein Drehmoment um die Schaltelemente übertragen wird, und einem oberen Grenzwert, der einem synchronen Zustand der Schaltelemente entspricht und bei dem ein an einem Schaltelement anliegendes Drehmoment vollständig wenigstens annähernd verlustfrei übertragen wird, variierbar.
Differenzialgetriebe mit Torque-Vectoring (TV), welche über Bremsen oder Kupplungen aktiviert werden, finden derzeit bereits ihren Einsatz in modernen, sportlich betonten Fahrzeugen, wie z. B. dem BMW X 6, dem Mitsubishi Lancer EVO 8, 9, etc. u. a. Sie dienen zur Erhöhung der Fahrdynamik und Fahrsicherheit, da eine stufenlose Zuweisung von Raddrehzahl und -drehmoment möglich ist, wodurch gezielt Giermomente um die Hochachse erzeugt werden können. Auch können generell Fraktionsverbesserungen erzielt werden. In Kettenfahrzeugen sind ähnliche Konstruktionen als Lenkgetriebe bekannt. Der Nachteil derartiger Torque-Vectoring-Getriebe liegt v. a. in den entstehenden Verlusten in den Kupplungen bzw. Bremsen sowohl bei Aktuierung als auch in lastlosem Zustand. Dies ist prinzipbedingt nicht zu umgehen, jedoch sollte die Übersetzung auf die Bremsen/Kupplungen möglichst hoch sein, um die Verluste gering zu halten. Ein weiterer Nachteil dieser Torque-Vectoring-Getriebe besteht im Wesentlichen in der großen Baugröße dieser Torque-Vectoring-Getriebe.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Differenzialgetriebe mit Torque-Vectoring-Funktionalität zu schaffen, welches eine hohe Übersetzung bzgl. der Bremsen/Kupplungen besitzt. Hinzu kommt, dass dieses Differenzialgetriebe aus wenigen und möglichst einfachen Bauteilen bestehen soll. Ebenso soll mit diesem Differenzialgetriebe die Verwendung von Sonderbauteilen vermieden werden.
Die obige Aufgabe wird durch ein Differenzialgetriebe mit Torque-Vectoring-Funktionalität gelöst, welches die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
Aufgrund der Erfindung ergibt sich eine konstruktiv günstige Kombination von Planetengetriebe mit einem Differenzial. Dabei kann es sich um einen direkten Eingriff in die Ausgleichsbewegung des Differenzials zur Drehzahlvorgabe und Drehmomentzuweisung an die Räder handeln. Dadurch sind eine Erzeugung günstiger Leistungsflüsse und eine Verringerung der benötigten Bauteile für ein Differenzialgetriebe mit Torque-Vectoring-Funktionalität möglich. Durch die gegenwärtige Erfindung ergibt sich eine verhältnismäßig einfache Differenzialkonstruktion mit teils nur einem Planetenträger. Mit dem Differenzialgetriebe mit Torque-Vectoring-Funktionalität ist eine stufenlose Zuweisung der Raddrehzahl möglich. Die Aktivierung der Torque-Vectoring-Getriebe erfolgt über Bremsen. An den Bremsen liegt eine hohe Übersetzung an. Ebenso ist es möglich, mehrere Planetengetriebe mit dem Differenzial zu koppeln, wodurch man eine geringe Baugröße erzielt.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass dem ersten Getriebeelement eine erste Bremse und dem zweiten Getriebeelement eine zweite Bremse zugeordnet ist. Die erste oder zweite Bremse ist wahlweise mit dem ersten Getriebeelement oder dem zweiten Getriebeelement in Eingriff bringbar. Dadurch wird eine Verringerung der Drehzahl auf den ersten oder zweiten Planeten des ersten oder zweiten Getriebeelements übertragen.
In einer ersten Ausführungsform besteht das Überlagerungssystem aus einem ersten Planetengetriebe, das auf der linken Seite des Differenzials angeordnet ist. Ferner ist ein zweites Planetengetriebe auf der rechten Seite des Differenzials vorgesehen. Das erste Planetengetriebe wirkt auf die erste Achse und das zweite Planetengetriebe wirkt auf die zweite Achse.
Das erste Planetengetriebe besteht aus einer ersten Sonne und einem ersten Planeten. Das zweite Planetengetriebe besteht aus einer zweiten Sonne und einem zweiten Planeten. Das erste Getriebeelement ist hier die Sonne und das zweite Getriebeelement ist ebenfalls die zweite Sonne. Der Planetenträger des ersten Planetengetriebes ist mit dem Differenzialplanetenträger identisch. Der Planetenträger des zweiten Planetengetriebes ist mit der zweiten Achse verbunden. In dieser Ausführungsform ist ein Hohlrad vorgesehen, dass mit einem Antrieb zusammenwirkt, wobei das Hohlrad sowohl mit dem ersten Planetengetriebe, dem Differenzial als auch dem zweiten Planetengetriebe in Wirkzusammenhang steht.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist das zentrale Element ein Differenzial der Bauart „Sonne-Doppelplaneten paar-Hohlrad”. Der Antrieb erfolgt über den Final-Drive auf das Hohlrad des Differenzials. Das Drehmoment wird zu gleichen Teilen auf die Sonne und den Planetenträger aufgeteilt. Diese sind mit dem linken und rechten Rad verbunden. Zur Drehzahlüberlagerung werden zwei weitere Planetengetriebe der Bauart „Sonne-Planet-Hohlrad” integriert. Das Hohlrad ist aus Kostengründen allen drei Getrieben gemein. Der Planetenträger des linken Überlagerungsgetriebes ist zudem mit dem Differenzialplanetenträger identisch. Der Planetenträger des rechten Überlagerungsgetriebes ist mit dem rechten Rad verbunden. Beide Überlagerungsgetriebe sind im Aufbau identisch. Werden die Sonnen der Überlagerungsgetriebe über die Bremsen verlangsamt, kann eine Erhöhung der Drehzahl des linken Rades gegenüber der des rechten Rades erreicht werden und umgekehrt. Je nach Höhe der Betätigungskraft an einer der Bremsen ist so stufenlos ein gewünschter „Drehzahlfehler” zwischen den Rädern generierbar, wodurch radselektiv die Drehmomente zugewiesen werden.
Eine weitere Ausführungsform des Differenzialgetriebes mit Torque-Vectoring-Funktionalität ist, dass das Überlagerungssystem dem Differenzial auf einer Seite zugeordnet ist. Das Überlagerungssystem besteht hier aus einem ersten Planeten, der mit einer ersten Sonne kämmt, und einem zweiten Planeten, der mit einer zweiten Sonne kämmt. Das erste Getriebeelement ist hier die Sonne und das zweite Getriebeelement ist hier die zweite Sonne. Der erste Planet und der zweite Planet des Überlagerungssystems sind auf dem Differenzialplanetenträger des Differenzials gelagert. Der erste Planet kämmt mit dem zweiten Planet.
In der hier beschriebenen Ausführungsform wirkt die erste Bremse auf die erste Sonne und die zweite Bremse auf die zweite Sonne.
Anders als bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform wird hier die Differenzialüberlagerung jedoch direkt im Differenzial durchgeführt. Hierzu ist der innere Differenzialplanet gestuft ausgeführt. Ein weiteres Sonnenrad kämmt mit dem ersten Planeten, welches über die erste Bremse verlangsamt werden kann. Dadurch ist die Differenzialüberhöhung des linken gegenüber des rechten Rades möglich. Der erste Planet und der zweite Planet sind auf demselben Differenzialplanetenträger gelagert. Das Sonnenrad, das mit diesem Planeten in Eingriff steht, wird mittels der zweiten Bremse angesteuert. Hierdurch wird die Drehzahlzuweisung in umgekehrter Richtung ermöglicht. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass nur ein einziger Planetenträger benötigt wird.
In einer dritten Ausführungsform ist das Überlagerungssystem ebenfalls auf einer Seite des Differenzials vorgesehen. Das Überlagerungssystem besteht aus einem ersten Planeten, der mit einer ersten Sonne kämmt und einem zweiten Planeten, der mit einer zweiten Sonne und einem Hohlrad kämmt. Bei dieser Ausführungsform ist das erste Getriebeelement die erste Sonne und das zweite Getriebeelement das Hohlrad. Der erste Planet und der zweite Planet des Überlagerungssystems sind auf ein und demselben Bolzen des Differenzialplanetenträgers des Differenzials gelagert. Die erste Bremse wirkt auf die erste und zweite Sonne. Die zweite Bremse wirkt auf das Hohlrad.
Bei dieser Ausführungsform ist der erste Planet gestuft ausgeführt und kämmt mit einem Sonnenrad, welches wiederum mit der ersten Bremse zusammenwirkt. Alternativ wird nun ein weiteres Planetengetriebe eingesetzt, dessen zweiter Planet auf demselben Bolzen gelagert ist wie der erste Planet. Der Planetenträger ist somit beiden Getrieben gemein. Das Hohlrad des zweiten Getriebes wird über die zweite Bremse verlangsamt. Die erste Sonne ist an die zweite Sonne des ersten Planeten angeschlossen. Auch bei dieser Ausführungsform ist der Vorteil, dass nur ein einziger Planetenträger benötigt wird.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Differenzialgetriebes mit Torque-Vectoring-Funktionalität.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Differenzialgetriebes mit Torque-Vectoring-Funktionalität.
3 zeigt eine zusätzliche Ausführungsform des Differenzialgetriebes mit Torque-Vectoring-Funktionalität.
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber in den einzelnen Figuren nur Bezugszeichen dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgestaltet sein kann. Sie stellen keine abschließende Begrenzung der Erfindung dar.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Differenzialgetriebes 1 mit einer Torque-Vectoring-Funktionalität. Das Differenzialgetriebe 1 ist dabei im Wesentlichen aus einem Differenzial 3 und einem Überlagerungssystem 10 aufgebaut. Über einen Antrieb 24 wird ein Hohlrad 18 angetrieben. Das Hohlrad treibt sowohl das Differenzial 3, als auch das Überlagerungssystem 10 an. In der hier dargestellten Ausführungsform besteht das Überlagerungssystem 10 aus einem ersten Planetengetriebe 100 und einem zweiten Planetengetriebe 200. Das erste Planetengetriebe 100 ist dabei auf der linken Seite L des Differenzials 3 angeordnet. Das zweite Planetengetriebe 200 ist dabei auf der rechten Seite R des Differenzials 3 angeordnet. Das erste Planetengetriebe 100 besteht dabei aus einer ersten Sonne 11 und einem ersten Planeten 13. Die erste Sonne 11 stellt hier das Getriebeelement dar, welches mit der ersten Bremse 15 zusammenwirkt. Das zweite Planetengetriebe 200 besteht aus einer zweiten Sonne 12 und einem zweiten Planeten 14. Die zweite Sonne 12 wirkt dabei mit der zweiten Bremse 16 zusammen. Das erste Planetengetriebe 100 wirkt über den Planetenträger des Differenzials 3 auf die erste Achse 21. Das zweite Planetengetriebe 200 wirkt direkt auf die zweite Achse 22.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Differenzialgetriebes 1 mit Torque-Vectoring-Funktionalität. Hier ist dem Differenzialgetriebe 3 auf einer Seite das Überlagerungssystem 10 zugeordnet. Das Überlagerungssystem besteht aus einem ersten Planeten 43, der mit einer ersten Sonne 41 kämmt. Ebenso ist ein zweiter Planet 44 vorgesehen, der mit einer zweiten Sonne 42 kämmt. In der in 2 beschriebenen Ausführungsform ist das erste Getriebeelement 11 die erste Sonne und das zweite Getriebeelement 12 die zweite Sonne 42. Die erste Sonne 41 wirkt mit der ersten Bremse 15 zusammen. Die zweite Sonne 42 wirkt mit der zweiten Bremse 16 zusammen. Der erste Planet 43 und der zweite Planet 44 des Überlagerungssystems 10 sind auf dem Differenzialplanetenträger 5 des Differenzials 3 gelagert. Ebenso kämmt der erste Planet 43 mit dem zweiten Planet 44. Der Differenzialplanetenträger 5 wirkt direkt mit der ersten Achse 21 zusammen. Die Sonne 7 des Differenzials 3 wirkt direkt auf die zweite Achse 22.
3 zeigt eine dritte Ausführungsform des Differenzialgetriebes 1 mit Torque-Vectoring-Funktionalität. Auch hier ist das Überlagerungssystem 10 auf einer Seite des Differenzials 3 angeordnet. Das Überlagerungssystem 10 besteht ebenfalls aus einem ersten Planeten 43, der mit einer ersten Sonne 41 kämmt. Ebenso ist ein zweiter Planet 44 vorgesehen, der mit einer zweiten Sonne 42 und einem Hohlrad 45 kämmt. In der hier dargestellten Ausführungsform ist das erste Getriebeelement 11 die erste Sonne 41. Das zweite Getriebeelement 12 ist das Hohlrad 45. Der erste Planet 43 und der zweite Planet 44 des Überlagerungssystems 10 sind auf ein und demselben Bolzen 19 des Differenzialplanetenträgers 5 des Differenzials 3 gelagert. Die erste Bremse 15 wirkt auf die erste Sonne 41 und die zweite Sonne 42. Die zweite Bremse 16 wirkt auf das Hohlrad 45. Der Differenzialplanetenträger 5 des Differenzials 3 ist mit der ersten Achse 21 verbunden. Die Sonne 7 des Differenzials 3 ist mit der zweiten Achse 22 verbunden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102005007650 A1 [0002]
- DE 102004002195 A1 [0003]
- DE 102004002187 A1 [0004]

Claims

Differenzialgetriebe (1) mit Torque-Vectoring-Funktionalität, das ein Differenzial (3) mit einem Differenzialplanetenträger (5) umfasst, mit dem ein Überlagerungssystem (10) in Wirkzusammenhang steht, wobei dem Überlagerungssystem (10) ein erstes Getriebeelement (11) mit mindestens einem ersten Planet (13) und ein zweites Getriebeelement (12) mit mindestens einem zweiten Planet (14) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Getriebeelement (11) eine erste Bremse (15) und dem zweiten Getriebeelement (12) eine zweite Bremse (16) zugeordnet ist, die wahlweise mit dem ersten Getriebeelement (11) oder dem zweiten Getriebeelement (12) in Eingriff bringbar ist und eine Verringerung der Drehzahl auf den ersten oder den zweiten Planet (13, 14) des ersten oder zweiten Getriebeelements (11, 12) übertragbar ist.
Differenzialgetriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungssystem (10) aus einem ersten Planetengetriebe (100) auf der linken Seite (L) des Differenzials und einem zweiten Planetengetriebe (200) auf der rechten Seite (R) des Differenzials (3) besteht, wobei das erste Planetengetriebe (100) auf eine erste Achse (21) und das zweite Planetengetriebe (200) auf eine zweite Achse (22) wirkt.
Differenzialgetriebe (1) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Planetengetriebe (100) aus einer ersten Sonne (11) und einem ersten Planeten (13) und dass das zweite Planetengetriebe (200) aus einer zweiten Sonne und einem zweiten Planeten bestehen, wobei das erste Getriebeelement (11) die erste Sonne und das zweite Getriebeelement (12) die zweite Sonne ist.
Differenzialgetriebe (1) nach den Ansprüchen 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Planetenträger des ersten Planetengetriebes (100) mit dem Differenzial planetenträger (5) identisch ist.
Differenzialgetriebe (1) nach den Ansprüchen 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Planetenträger (201) des zweiten Planetengetriebes (200) mit der zweiten Achse (22) verbunden ist.
Differenzialgetriebe (1) nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hohlrad (18) vorgesehen ist, das mit einem Antrieb (24) zusammenwirkt, wobei das Hohlrad (18) sowohl mit dem ersten Planetengetriebe (100), dem Differenzial (3) als auch dem zweiten Planetengetriebe (200) in Wirkzusammenhang steht.
Differenzialgetriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungssystem (10) dem Differenzial (3) auf einer Seite zugeordnet ist und aus einem ersten Planeten (43), der mit einer ersten Sonne (41) kämmt, und einem zweiten Planeten (44), der mit einer zweiten Sonne (42) kämmt, besteht, wobei das erste Getriebeelement (11) die erste Sonne (41) und das zweite Getriebeelement (12) die zweite Sonne (42) ist.
Differenzialgetriebe (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planet (43) und der zweite Planet (44) des Überlagerungssystems (10) auf dem Differenzialplanetenträger (5) des Differenzials (3) gelagert sind und der erste Planet (43) mit dem zweiten Planet (44) kämmt.
Differenzialgetriebe (1) nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bremse (15) auf die erste Sonne (41) und die zweite Bremse (16) auf die zweite Sonne (42) wirkt.
Differenzialgetriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungssystem (10) dem Differenzial (3) auf einer Seite zugeordnet ist und aus einem ersten Planeten (43), der mit einer ersten Sonne (41) kämmt, und einem zweiten Planeten (44), der mit einer zweiten Sonne (42) und einem Hohlrad (45) kämmt, besteht, wobei das erste Getriebeelement (11) die erste Sonne (41) und das zweite Getriebeelement (12) das Hohlrad (45) ist.
Differenzialgetriebe (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planet (43) und der zweite Planet (44) des Überlagerungssystems (10) auf ein und demselben Bolzen (19) des Differenzialplanetenträgers (5) des Differenzials (3) gelagert sind.
Differenzialgetriebe (1) nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bremse (15) auf die erste Sonne (41) und die zweite Sonne (42) wirkt und dass die zweite Bremse (16) auf das Hohlrad (45) wirkt.