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Die Erfindung bezieht sich auf einen Fahrzeugantriebsstrang mit einer ersten und zweiten antreibbaren Fahrzeugachse und auf ein Fahrzeuglängsverteilergetriebe.
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Ein derartiger Fahrzeugantriebsstrang wird auch als Allradantriebsstrang, 4-Rad-Antriebsstrang, 4 × 4-, 6 × 6- oder 8 × 8-Antrieb(-strang) bezeichnet, je nach Anzahl der angetriebenen und mitdrehenden Achsen kann die Bezeichnung hiervon allerdings auch abweichen. Das Fahrzeuglängsverteilergetriebe, auch Allradverteilergetriebe oder Längsdifferentialgetriebe genannt, übernimmt hierbei die Verteilung des Antriebsmoments von einem Antriebsmotor, der beispielsweise ein Verbrennungsmotor, Elektromotor oder Verbrennungsmotor-Elektromotor-Hybridantrieb sein kann, auf zumindest die erste und die zweite Fahrzeugachse, welche das Antriebsmoment in der Regel mittels Fahrzeugräder oder Gleisketten auf eine Fahrbahnoberfläche abstützen, wodurch das Fahrzeug fortbewegbar ist. Unabhängig von dem Längsverteilergetriebe weisen die Fahrzeugachsen in der Regel zusätzliche Querverteilergetriebe, auch (Quer-)Differentiale oder (Quer-)Differentialgetriebe genannt, auf, welche das Antriebsmoment innerhalb der jeweiligen Fahrzeugachse zwischen den Fahrzeugseiten, d.h. den Rädern bzw. Gleisketten der Fahrzeugseite, verteilen.
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Im vorliegenden Fall ist die erste Fahrzeugachse permanent angetrieben, während die zweite Fahrzeugachse über zumindest eine Kupplung des Fahrzeuglängsverteilergetriebes antriebstechnisch an- oder abkoppelbar ist, d.h. das Antriebsmoment kann wahlweise nur auf die erste Fahrzeugachse geleitet werden oder auf die erste und zweite Achse verteilt werden. Durch Abkoppeln der zweiten Fahrzeugachse kann der Kraftstoffverbrauch bzw. Strombedarf des Antriebsmotors reduziert werden, während die Traktionsfähigkeit des Antriebsstranges bei einer angekoppelten zweiten Fahrzeugachse verbessert ist.
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Derartige Antriebsstränge mit zuschaltbarer zweiter Fahrzeugachse sind beispielsweise aus der
FR 2 937 915 A1 oder der
JP 2002370557 A bekannt.
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Ein solcher Antriebsstrang ist auch aus der
WO 2009/127324 A2 bekannt, wobei das dort vorgesehene Fahrzeuglängsverteilergetriebe einen verschachtelten Aufbau aufweist, wodurch dessen Montage erschwert wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Fahrzeugantriebsstrang und ein Längsverteilergetriebe zur Verfügung zu stellen, der bzw. das eine einfache Konstruktion und einen geringen Montageaufwand aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Fahrzeugantriebsstrang mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Längsverteilergetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
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Demgemäß weist ein Fahrzeugantriebsstrang eine erste und zweite antreibbare Fahrzeugachse auf, sowie ein Fahrzeuglängsverteilergetriebe zur Verteilung eines Antriebsmoments auf die erste und die zweite Fahrzeugachse, welches zumindest über eine Eingangswelle, eine mit der Eingangswelle über eine erste Übersetzungsstufe drehgekoppelte Zwischenwelle und einen mit der Zwischenwelle über eine Kupplung schaltbar drehgekoppelten Winkeltrieb verfügt, wobei die erste Fahrzeugachse über eine zweite Übersetzungsstufe mit der Zwischenwelle permanent drehgekoppelt ist und die zweite Fahrzeugachse über den Winkeltrieb drehkoppelbar, d.h. schaltbar drehgekoppelt, ist. Hierbei sind die Zwischenwelle und die erste Fahrzeugachse so zueinander angeordnet, dass eine Drehachse der Zwischenwelle bezüglich einer Drehachse der ersten Fahrzeugachse parallel und seitlich versetzt ist.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeuglängsverteilergetriebe zur Verteilung eines Antriebsmoments auf eine erste und zweite Fahrzeugachse weist zumindest auf, eine Eingangswelle, eine mit der Eingangswelle über eine erste Übersetzungsstufe drehgekoppelte Zwischenwelle und einen mit der Zwischenwelle über eine Kupplung schaltbar drehgekoppelten Winkeltrieb zum Antrieb der zweiten Fahrzeugachse, und eine zweite Übersetzungsstufe an der Zwischenwelle zum permanenten Antrieb der ersten Fahrzeugachse. Dabei ist die Zwischenwelle so angeordnet, dass eine Drehachse der Zwischenwelle bezüglich einer Drehachse der ersten Fahrzeugachse parallel und seitlich versetzt ist.
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Bevorzugte Ausgestaltungen des Fahrzeugantriebsstrangs und des Fahrzeuglängsverteilergetriebes sind den Unteransprüchen entnehmbar.
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Durch die jeweils vorgeschlagene Anordnung der Zwischenwelle gegenüber der ersten Fahrzeugachse sind die Eingangswelle und die Zwischenwelle nicht koaxial zueinander ausgeführt. Die komplizierte Verschachtelung des Längsverteilergetriebes tritt somit nicht oder nur eingeschränkt auf, wodurch sich ein einfacheres Lagerkonzept und eine einfachere Montierbarkeit ergeben.
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Als Drehachse der ersten Fahrzeugachse wird hierbei insbesondere eine Drehachse eines Käfigs eines Querverteilergetriebes der ersten Fahrzeugachse verstanden. Innerhalb des Käfigs eines solchen Querverteilergetriebes bewegen sich in der Regel Planetenräder einer Planetenradstufe zum Drehzahlausgleich zwischen den Fahrzeugseiten, beispielsweise zum Drehzahlausgleich der Rädern auf den unterschiedlichen Fahrzeugseiten bei einer Kurvenfahrt. Ein solches Querverteilergetriebes ist dem Fachmann hinlänglich bekannt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Antriebsstrang einen Antriebsmotor, insbesondere einen Verbrennungsmotor oder einen Elektromotor oder beides hiervon (Hybridantrieb), auf, dessen Antriebswelle, beispielsweise eine Kurbel- bzw. Rotorwelle, über eine Drehachse verfügt, die senkrecht zu einer Fahrzeuglängsachse verläuft. Mit anderen Worten verfügt der Antriebsstrang über einen quer zur Fahrtrichtung eingebauten Motor, insbesondere handelt es sich hierbei um eine Front-Quer-Motoranordnung.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Fahrzeugantriebsstrang zudem ein Fahrzeughauptgetriebe mit einer Ausgangswelle auf, beispielsweise ein Handschaltgetriebe, automatisiertes Schaltgetriebe oder ein Automatgetriebe, wobei die Eingangswelle des Fahrzeuglängsverteilergetriebes mit der Ausgangswelle des Fahrzeughauptgetriebes drehfest verbunden ist oder wobei die Eingangswelle des Fahrzeuglängsverteilergetriebes die Ausgangswelle des Fahrzeughauptgetriebes bildet. Bei dem Fahrzeughauptgetriebe handelt es sich um ein Getriebe mit einer änderbaren Übersetzung, d.h. es kann zwischen mehreren unterschiedlichen Übersetzungen des Fahrzeughauptgetriebes gewählt werden.
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Bevorzugt verfügen das Fahrzeughauptgetriebe und das Fahrzeuglängsverteilergetriebe über eine gemeinsame hydraulische, pneumatische oder elektrische Aktorik zur Betätigung von Schaltvorgängen in diesen Getrieben. Mit anderen Worten kann mittels dieser Aktorik sowohl die Übersetzung des Hauptgetriebes gewählt werden, als auch über die Kupplung des Längsverteilergetriebes die zweite Achse an- bzw. abgekoppelt werden. Somit werden keine unabhängigen Aktoriken für Fahrzeuglängsverteiler- und Fahrzeughauptgetriebe benötigt und sowohl Bauraum, als auch Kosten gespart. Insbesondere sind dabei zumindest einige oder alle Funktionen des Fahrzeuglängsverteilergetriebe in ein Steuergerät des Fahrzeughauptgetriebes integriert.
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Hierbei ist bevorzugt die Kupplung des Fahrzeuglängsverteilergetriebes mit Getriebeöl des Fahrzeughauptgetriebes gekühlt. Dies hat den Vorteil, dass das Fahrzeuglängsverteilergetriebe keine eigene Kühlung benötigt. Grundsätzlich kann durch eine aktive Getriebeölkühlung die Kupplung des Verteilergetriebes hochdynamisch betätigt werden, wodurch schnell und der aktuellen Fahrsituation angepasst zwischen einem 2-Rad-Modus (erste Fahrzeugachse angetrieben) und einem Allradmodus (alle Fahrzeugachsen angetrieben) gewechselt werden kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Eingangswelle und die Zwischenwelle des Längsverteilergetriebes sowie die erste Fahrzeugachse so zueinander angeordnet, dass deren Drehachsen parallel zueinander liegen und eine senkrecht zu den Drehachsen aufgespannte Ebene in den Eckpunkten eines Dreiecks durchstoßen. Mit anderen Worten bilden diese Drehachsen bei einer Betrachtung von der Fahrzeugseite die Eckpunkte eines Dreiecks. Hierdurch kann der Bauraum des Fahrzeuglängsverteilergetriebes kompakt gestaltet werden.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Fahrzeuglängsverteilergetriebe eine weitere Zwischenwelle auf, deren Drehachse koaxial zu der Drehachse der ersten Fahrzeugachse verläuft. Dabei ist diese weitere Zwischenwelle über eine dritte Übersetzungsstufe und über die Kupplung mit der Zwischenwelle schaltbar drehgekoppelt und mit dem Winkeltrieb permanent drehgekoppelt. Der Drehmomentfluss zu der zweiten Fahrzeugachse erfolgt dementsprechend von der Eingangswelle des Fahrzeuglängsverteilergetriebes über die erste Übersetzungsstufe auf die Zwischenwelle, von dort auf die Kupplung und über die dritte Übersetzungsstufe auf die weitere Zwischenwelle, welche das Drehmoment auf den Winkeltrieb zu der zweiten Fahrzeugachse überträgt. Durch die Anordnung der dritten Übersetzungsstufe abtriebsseitig nach der Kupplung kann die Drehzahl der Zwischenwelle gegenüber einer Ausgangsdrehzahl des Fahrzeuglängsverteilergetriebes erhöht sein, wodurch das an der Kupplung anliegende Moment entsprechend verringert ist und die Kupplungsgröße klein gehalten werden kann.
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Bevorzugt weist das Fahrzeuglängsverteilergetriebe zudem ein Gehäuse mit zumindest einer Oberfläche auf, welche Fahrzeugbauteile im Fahrzeugcrashfall gezielt staucht und/oder ableitet, sodass ein Eindringen dieser Fahrzeugteile in eine Fahrzeugsicherheitszelle verhindert wird. Hierdurch wird mit einfachen Mitteln ein wirkungsvoller Insassenschutz ermöglicht. Eine solche Gehäuseoberfläche lässt sich bei der beschriebenen dreiecksförmigen Anordnung der Wellen besonders einfach realisieren, diese ist jedoch nicht zwingende Voraussetzung.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Fahrzeugantriebsstrang eine Längswelle zur Antriebsmomentübertragung von dem Fahrzeuglängsverteilergetriebe zu der zweiten Fahrzeugachse auf, auch Allradwelle genannt, sowie zumindest eine weitere schaltbare Kupplung, mittels derer die Längswelle mit der zweiten Fahrzeugachse schaltbar drehgekoppelt ist. D.h. mittels der mindestens einen weiteren Kupplung ist die zweite Fahrzeugachse oder zumindest Teile hiervon antriebstechnisch mit der Längswelle schaltbar an- und abkoppelbar. Hierzu ist die weitere Kupplung antriebstechnisch zwischen der Längswelle und den an- und abkoppelbaren Teilen der zweiten Fahrzeugachse bzw. der gesamten zweiten Achse angeordnet. Zweck ist die An- bzw. Abtrennung von Teilen des Fahrzeugantriebsstrangs sowohl von der zweiten Fahrzeugachse, als auch von der ersten Fahrzeugachse und dem Antriebsmotor. Diese Teile brauchen im abgetrennten Zustand nicht beschleunigt oder abgebremst zu werden, wodurch Antriebsstrangverschleiß und Kraftstoffverbrauch bzw. Strombedarf des Antriebsmotors reduziert sind.
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Bevorzugt sind zumindest zwei der weiteren Kupplungen vorgesehen, über welche Antriebwellen (Verbindungswellen zwischen einem Querdifferentialgetriebe und Fahrzeugrädern) oder Fahrzeugräder der zweiten Fahrzeugachse mit der Längswelle schaltbar drehgekoppelt sind. Mit anderen Worten sind zwei der weiteren Kupplungen vorgesehen, die eine antriebstechnische An- und Abkoppelung der Antriebswellen bzw. Räder der zweiten Fahrzeugachse von der Längswelle ermöglichen. Insbesondere ist in oder an jeder Antriebswelle eine Kupplung vorgesehen, mittels welcher die jeweilige Antriebswelle antriebstechnische von der Längswelle an- und abgekoppelt werden kann.
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Die Kupplungen, d.h. die Kupplung und/oder die weitere(n) Kupplung(en), können jeweils als Freilaufkupplung, schaltbarer Freilaufkupplung, Lamellenkupplung, Klauenkupplung, synchronisierte Klauenkupplung oder kombinierte Klauen-Lamellenkupplung ausgeführt sein.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen und Zeichnungen näher erläutert, aus welchen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung entnommen werden können. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung,
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1 eine Draufsicht auf einen Fahrzeugantriebsstrang;
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2 einen Schnitt durch das Fahrzeuglängsverteilergetriebe aus 1 entlang der mit A gekennzeichneten Schnittebene;
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3a eine Draufsicht auf eine erste alternative Ausführung einer zweiten Fahrzeugachse;
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3b eine Draufsicht auf eine zweite alternative Ausführung einer zweiten Fahrzeugachse;
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3c eine Draufsicht auf eine dritte alternative Ausführung einer zweiten Fahrzeugachse.
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Gleiche Bezugszeichen in den Figuren kennzeichnen gleiche oder funktional einander entsprechende Bauteile.
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Der in 1 dargestellte Fahrzeugantriebsstrang eines nicht näher gezeigten Fahrzeugs weist einen Antriebsmotor 1 auf, sowie ein Fahrzeughauptgetriebe 2, ein Fahrzeuglängsverteilergetriebe 3, eine erste Fahrzeugachse 4 und eine zweite Fahrzeugachse 5. Der Antriebsmotor 1 ist quer zur Fahrzeuglängsrichtung (dicker Pfeil) angeordnet und im dargestellten Fall als Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle 11 dargestellt, er kann jedoch auch als Elektromotor oder als Verbrennungsmotor-Elektromotor-Hybridantrieb ausgeführt sein. Eine als Strich-Punkt-Linie dargestellte Drehachse der Kurbelwelle 11 liegt quer zur Fahrzeuglängsachse.
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Der Antriebsmotor 1 ist über eine schaltbare, d.h. schließ oder öffenbare Trennkupplung, i.e. Anfahrkupplung, antriebstechnisch mit dem Fahrzeughauptgetriebe 2 schaltbar drehgekoppelt. In diesem wird ein Antriebsdrehmoment des Antriebsmotors 1 mittels wählbarer Übersetzungen herauf oder herabgesetzt. Das Hauptgetriebe 2 ist insbesondere als automatisiertes Schaltgetriebe oder als Automatgetriebe ausgeführt, d.h. das Einlegen der jeweiligen Übersetzung erfolg mittels einer Aktorik 21 des Hautgetriebes 2. Die Ansteuerung, d.h. die Regelung und/oder Steuerung, der Aktorik 21 erfolgt in einem Getriebesteuergerät 22 oder einem Antriebsstrangsteuergerät. Zur manuellen Auswahl eines Fahrprogramms (Ansteuerungscharakteristik) oder Auswahl spezifischer Übersetzungen des Hauptgetriebes 2 ist für einen Benutzer des Fahrzeugs ein Wählhebel 23 vorgesehen. Dieser kann in bekannter Art beispiels-weise die Wählstellungen „P“ (= Park), „N“ (= Neutral), „D“ (= Drive) und „R“ (= Reverse) aufweisen. Statt des Wählhebels 23 können auch ein oder mehrere Drehschalter, Kippschalter, Schaltwippen oder Druckknöpfe vorgesehen sein, welche dessen Funktion übernehmen.
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An das Hauptgetriebe 2 angeflanscht oder in das Hauptgetriebe 2 integriert ist das Fahrzeuglängsverteilergetriebe 3, welches das vom Hauptgetriebe 2 herauf- oder herabgesetzte Antriebsdrehmoment auf die erste Fahrzeugachse 4 und gegebenenfalls auf die zweite Fahrzeugachse 5 verteilt. Ein Gehäuse 37 des Längsverteilergetriebes 3 ist dementsprechend entweder als Einzelgehäuse oder integrierter Bestandteil eines Gehäuses 24 des Hauptgetriebes 2 ausgeführt. Das Längsverteilergetriebe 3 weist eine Eingangswelle 31 auf, die entweder an eine nicht dargestellt Ausgangswelle des Hauptgetriebes 2 drehgekoppelt ist oder die der Ausgangswelle des Hauptgetriebes 2 entspricht. Über die Eingangswelle 31 wird ein Antriebsdrehmoment des Antriebsmotors 1 bzw. ein Abtriebsmoment des Hauptgetriebes 2 in das Fahrzeuglängsverteilergetriebe 3 eingeleitet. Eine als Strich-Punkt-Linie eingezeichnete Drehachse der Eingangswelle 31 verläuft längs zu dieser. Die Eingangswelle 31 ist über eine erste Übersetzungsstufe U1 mit einer Zwischenwelle 32 des Längsverteilergetriebes 3 permanent drehgekoppelt. Eine als Strich-Punkt-Linie eingezeichnete Drehachse der Zwischenwelle 32 verläuft längs zu dieser. Die Zwischenwelle 32 ist wiederum im Bereich eines ersten Endes der Zwischenwelle 32 über eine zweite Übersetzungsstufe U2 permanent mit der ersten Fahrzeugachse 4 drehgekoppelt. Im Detail ist die Zwischenwelle 32 mit einem Käfig 411 eines in Konstruktion und Funktion bekannten Querverteilergetriebes (Querdifferential-getriebe) 41 der ersten Fahrzeugachse 4 drehgekoppelt, wodurch die Zwischenwelle 32 das Antriebsdrehmoment über die zweite Übersetzung U2 auf den Käfig 411 überträgt. Innerhalb des Käfig 411 befindet sich ein Planetenradsatz 412, der mit als Gelenkwellen ausgeführten Antriebswellen 42 der ersten Achse 4 drehgekoppelt ist. Mit diesen sind wiederum Fahrzeugräder 43 verbunden, welche das auf die ersten Fahrzeugachse 4 geleitetet Antriebsdrehmoment gegen eine in 1 nicht gezeigte Fahrbahnoberfläche abstützten, wodurch das Fahrzeug fortbewegt werden kann.
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Die Zwischenwelle 32 ist an einem anderen Ende mit einer ersten Seite (Eingangsseite) einer schaltbaren Kupplung K1 permanent drehgekoppelt. Eine zweite Seite (Ausgangsseite) der Kupplung K1 ist über eine dritte Übersetzungsstufe U3 mit einer weiteren Zwischenwelle 33 des Fahrzeuglängsverteilergetriebes 3 permanent drehgekoppelt, welche wiederum mit einem Winkeltrieb 34, der hier als zwei ineinander greifende Kegelräder realisiert ist, permanent drehgekoppelt ist. Hierbei ist die weitere Zwischenwelle 33 koaxial auf einer der beiden Antriebswellen 42 der ersten Fahrzeugachse 4 angeordnet und insbesondere drehbar auf dieser gelagert. Die als Strich-Punkt-Linie eingezeichnete Drehachse dieser Antriebswelle 42 im Bereich der weiteren Zwischenwelle 33 entspricht einer Drehachse des Käfigs 411.
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Der Winkeltrieb 34 überträgt das Antriebsmoment sofern die Kupplung K1 geschlossen ist, d.h. Drehmoment zwischen den beiden Kupplungsseiten übertragbar ist, mittels einer Längswelle 6, auch Allradwelle genannt, zu der zweiten Fahrzeugachse 5 (Allradmodus). Sofern die Kupplung K1 hingegen geöffnet ist, wird kein Antriebsmoment zwischen deren Kupplungsseiten übertragen, wodurch die zweite Fahrzeugachse 5 mitsamt der Längswelle 6 vom Antriebsmotor 1 und der ersten Fahrzeugachse 4 antriebstechnisch abgekoppelt ist (2-Rad-Modus).
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Selbstverständlich kann die Kupplung K1 bei geeigneter Ausführung auch schleifend, d.h. unter Schlupf der Kupplungsseiten, betrieben werden, insbesondere derart, dass lediglich ein begrenztes Moment zwischen den Kupplungsseiten übertragbar ist. Zur Verhinderung einer übermäßigen Erhitzung der Kupplung K1 ist diese bevorzugt mit Öl des Hauptgetriebes 2 gekühlt. Dieses kann grundsätzlich zur Kühlung/Schmierung des gesamten Längsverteilergetriebes 3 genutzt werden, wodurch Hauptgetriebe 2 und Längsverteilergetriebe 3 über eine gemeinsame Kühlung/Schmierung verfügen.
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Das Öffnen und Schließen der Kupplung K1 erfolgt mittels einer Aktorik 35 des Längsverteilergetriebes 3. Diese kann autark oder bevorzugt als Teil der Aktorik 21 des Hauptgetriebes 2 ausgeführt sein, wodurch beispielsweise eine extra Hydraulik- oder Pneumatikpumpe für die Aktorik 35 entfallen kann, falls diese hydraulisch oder pneumatisch betätigt wird. Falls die Aktorik 35 autark ist, weist sie ein eigenes Steuergerät auf, welches die Steuerung und/oder Regelung der Aktorik 35 übernimmt. Im dargestellten Fall erfolgt die Steuerung und/oder Regelung der Aktorik 35 allerdings über das Steuergerät 22 des Hauptgetriebes 2, um den erforderlichen Bauraum gering zu halten und elektrische Verbindungen zu reduzieren. Neben dem Wählhebel 23 für das Hauptgetriebe 2 ist für den Benutzer des Fahrzeugs ein weiterer Wählhebel 36 für das Längsverteilergetriebe 3 vorgesehen, über welchen die Fahrprogramme oder Funktionen des Längsverteilergetriebes einstellbar sind. Zur Verfügung stehen insbesondere ein 2-Rad-Modus („2WD“), in dem die Aktorik 35 angewiesen ist, die Kupplung K1 ständig zu öffnen, ein Allradmodus („AWD“), in dem die Aktorik 35 angewiesen ist, die Kupplung K1 ständig zu schließen und ein Automatikmodus („Auto“), in dem die Aktorik 35 automatisch durch das Steuergerät 22 fahrsituationsabhängig angewiesen wird, die Kupplung K1 zu öffnen oder zu schließen. Statt des weiteren Wählhebels 36 können ebenfalls ein oder mehrere Drehschalter, Kippschalter, Schaltwippen, oder Druckknöpfe vorgesehen sein, welche dessen Funktion übernehmen.
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Eine nicht gezeigte alternative Ausführung des Fahrzeuglängsverteilergetriebes 3 weist die weitere Zwischenwelle 33 sowie die dritte Übersetzungsstufe U3 nicht auf. Hierbei ist dann die Abtriebsseite der Kupplung K1 direkt mit dem Winkeltrieb 34 permanent drehgekoppelt.
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Abtriebsseitig ist die Längswelle 6 über einen weiteren Winkeltrieb 61, hier in Form von zwei Kegelrädern ausgeführt, mit der zweiten Fahrzeugachse 5 drehgekoppelt. Diese verfügt analog zur ersten Fahrzeugachse 4 über ein Querverteilergetriebe 51, bestehend aus einem Käfig 511 und einem innerhalb des Käfig 511 angeordneten Planetenradsatz 512, welcher mit Antriebswellen (Gelenkwellen) 52 der zweiten Fahrzeugachse 5 drehgekoppelt ist. Schließlich verfügt die zweite Fahrzeugachse 5 über Räder 53, die mit den Antriebswellen 52 drehgekoppelt sind und die das Antriebsmoment auf der Fahrbahnoberfläche abstützen.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Käfig 511 und dem Winkeltrieb 61 eine weitere schaltbare Kupplung K2 angeordnet, welche Käfig 511 und Winkeltrieb 61, d.h. die zweite Achse 5 und die Längswelle 6, miteinander schaltbar drehkoppelt. Durch Öffnen der weiteren Kupplung K2 kann daher die Längswelle 6 und der Winkeltrieb 61 antriebstechnisch von der zweiten Achse 5, i.e. dem Käfig 511, getrennt und durch Schließen der weiteren Kupplung K2 mit dieser verbunden werden. Ein schleifender, d.h. schlupfbehafteter Betrieb der weiteren Kupplung K2 ist bei einer hierfür geeigneten Ausgestaltung möglich, insbesondere um lediglich ein begrenztes Antriebsmoment zu übertragen. Eine Drehachse der zweiten Fahrzeugachse 5, welche einer Drehachse des Käfig 511 entspricht, ist als Strich-Punkt-Linie eingezeichnet. Die Betätigung der weiteren Kupplung K2 erfolgt mittels einer nicht dargestellten Aktorik, welche von demjenigen Steuergerät geregelt/gesteuert wird, welches auch die Aktorik 35 des Fahrzeuglängsverteilergetriebes 3 regelt bzw. steuert – insbesondere daher das Steuergerät 22.
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Durch Öffnen der Kupplungen K1 und K2 können die weitere Zwischenwelle 33, die Winkeltriebe 34, 61 und die Längswelle 6 von dem restlichen Antriebsstrang antriebstechnisch vollständig abgekoppelt werden, d.h. diese Komponenten sind dann frei drehbar. Beim Beschleunigen des Fahrzeugs brauchen die Komponenten 34, 6, 61 folglich nicht in Rotation versetzt werden, wodurch der zur Beschleunigung notwendige Kraftstoffverbrauch bzw. Strombedarf reduziert wird. Zudem wird der Verschleiß dieser Komponenten reduziert.
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Zum antriebstechnischen Ankoppeln der Längswelle 6 und der zweiten Fahrzeugachse 5, d.h. Umschalten vom 2-WD-Modus auf den Allradmodus, während einer Fahrt des Fahrzeugs wird bevorzugt zuerst die Kupplung K1 soweit oder solange geschlossen, bis sich die Drehzahlen der Seiten, d.h. Eingangs- und Ausgangsseite, der weiteren Kupplung K2 angeglichen haben, so dass kein oder lediglich ein minimaler Drehmomentunterschied zwischen diesen vorliegt. Anschließend wird die weitere Kupplung K2 geschlossen. Sofern die Kupplung K1 bis dorthin schlupfend betrieben wurde, kann diese nun ebenfalls vollständig geschlossen werden. Alternativ kann auch zuerst die weitere Kupplung K2 soweit oder solange geschlossen werden, bis sich die Drehzahlen der Seiten der Kupplung K1 aneinander ausreichend angeglichen haben, welche dann geschlossen wird, woraufhin auch die weitere Kupplung K2 vollständig geschlossen wird, sofern dies noch nicht erfolgt ist. Hierdurch können Drehmomentstöße in den Fahrzeugantriebsstrang auf Grund von Drehzahldifferenzen zwischen den jeweiligen Kupplungsseiten beim Schließen der Kupplung K1 bzw. K2 reduziert oder vollständig ausgeschlossen werden. Das antriebstechnische Abkoppeln der Längswelle 6 und der zweiten Fahrzeugachse 5, d.h. Umschalten vom Allradmodus auf den 2-WD-Modus, während einer Fahrt des Fahrzeugs, erfolgt in umgekehrter Reihenfolge zum Ankoppeln.
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Diejenige Kupplung K1 bzw. K2, die zuerst geschlossen wird, weist, falls sie als formschlüssige Kupplung, beispielsweise Klauenkupplung, ausgeführt ist, bevorzugt eine Synchronisationsvorrichtung auf. Diese bewirkt eine Beschleunigung der weiteren Zwischenwelle 33, der Winkeltriebe 34, 61 und der Längswelle 6, wenn die Kupplung K1 bzw. K2 geschlossen wird, wodurch der Verschleiß dieser Kupplung K1, K2 reduziert wird. Durch Ausführung einer oder beider der Kupplungen K1, K2 als Klauenkupplungen können Schleppmomente und daher der Kraftstoffverbrauch bzw. Strombedarf gering gehalten werden. Bevorzugt ist die erste Kupplung K1 als Lamellenkupplung ausgeführt, während die zweite Kupplung K2 als Klauenkupplung, optional mit der besagten Synchronisationsvorrichtung, ausgeführt ist.
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2 zeigt einen Schnitt entlang der in 1 mit A gekennzeichneten Schnittebene im Bereich des Fahrzeuglängsverteilergetriebes 3. Entsprechend 1 erfolgt der Antrieb des Längsverteilergetriebes 3 über die Eingangswelle 31. Parallel zu dieser, jedoch in Richtung einer Fahrbahnoberfläche 7 seitlich versetzt verläuft die Zwischenwelle 32, welche mit der Eingangswelle 31 über die erste Übersetzungsstufe U1, bestehend aus einem ersten und einem zweiten ineinander greifenden Stirnrad U11, U12, permanent drehgekoppelt ist. Die Zwischenwelle 32 ist mit der Eingangsseite der Kupplung K1 permanent drehgekoppelt, welche in 2 allerdings hinter dem Stirnrad U12 angeordnet ist und daher nicht sichtbar ist. Die Abtriebsseite der Kupplung K1 ist über die dritte Übersetzungsstufe U3, bestehend aus einem dritten und einem vierten ineinander greifenden Stirnrad U31, U32 (das Stirnrad U31 befindet sich hinter dem Stirnrad U12 und ist daher strichliert dargestellt) mit der weiteren Zwischenwelle 33 permanent drehgekoppelt, welche wiederum mit dem aus zwei Kegelrädern 341, 342 bestehenden Winkeltrieb 34 permanent drehgekoppelt ist. Die weitere Zwischenwelle 33, auf welcher sich das Stirnrad U32 und das Kegelrad 341 drehfest befinden, ist hierbei koaxial auf einer der Antriebswellen 42 der ersten Fahrzeugachse 4 angeordnet und relativ zu dieser drehbar. Ausgehend von dem Winkeltrieb 32 wird das Antriebsmoment über die Längswelle 6 zu der zweiten Fahrzeugachse 5 geführt. Die nicht gezeigte zweite Übersetzungsstufe U2 besteht analog zur ersten und zweiten Übersetzungsstufe U1, U3 aus zwei ineinander greifende Stirnräder.
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Die Drehachsen der Eingangswelle 31, der Zwischenwelle 32 und der Antriebswelle der zweiten Achse 4, welche der Drehachse des Käfig 411 der zweiten Achse 4 entspricht, verlaufen parallel und seitlich versetzt zueinander, wodurch sie die senkrecht zu den Drehachsen liegende Schnittebene A in Eckpunkten eines in 2 mit dicken Linien angedeuteten Dreiecks durchstoßen. Hierdurch kann die Länge des Fahrzeuglängsverteilergetriebes 3 in Fahrzeuglängsrichtung reduziert werden, d.h. der Bauraumbedarf deutlich gesenkt werden kann.
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Zudem können einfach, wie aus der Form des angedeuteten Gehäuses 37 des Längsverteilergetriebes 3 ersichtlich, bezüglich der Fahrzeugoberfläche 7 abgeschrägte Gehäuseoberflächen erzielt werden, welche im Falle eines Fahrzeugcrashs eine gezielte Stauchung oder Ableitung von Fahrzeugteilen, beispielsweise des Hauptgetriebes 2 und/oder des Antriebsmotors 1, von einer Fahrzeugsicherheitszelle erzielen, wodurch im Crashfall diese weniger stark in Mitleidenschaft gezogen wird, insbesondere im Falle eines Frontalcrashs. Wahlweise befindet sich die Drehachse der Zwischenwelle 32 hierzu relativ zur Fahrbahnoberfläche 7 oberhalb oder, wie dargestellt unterhalb der Drehachse der Eingangswelle 31 und/oder der Drehachse der ersten Fahrzeugachse 4. Das Gehäuse 37 des Fahrzeuglängsverteilergetriebes 3 ist daher insbesondere derart ausgeführt, dass zumindest eine Gehäuseoberfläche Fahrzeugbauteile im Fahrzeugcrashfall gezielt stauchen und/oder ableiten, sodass ein Eindringen dieser Fahrzeugteile in die Fahrzeugsicherheitszelle verhindert wird. Bevorzugt erfolgt die Ableitung in solche Richtungen, in welchen keine Gefahr eines Eindringens der Fahrzeugteile in die Fahrzeugsicherheitszelle besteht, beispielsweise in Richtung der Fahrbahnoberfläche 7.
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Dem Fachmann ist hierbei klar, dass die in 1 und 2 als Stirnräder ausgeführten Übersetzungsstufen U1, U2, U2 zwar bevorzugte Ausgestaltungen sind, diese jedoch auch anders realisierbar sind, beispielsweise durch einen bzw. mehrere Kettentriebe oder Reibräder. Entsprechendes gilt für die Winkeltriebe 34, 61, welche statt aus Kegelräder beispielsweise auch aus Kronen- oder Reibräder gebildet sein können.
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Den 3a, 3b, und 3c sind alternative Ausführungen der zweiten Fahrzeugachse 5 aus 1 entnehmbar. Gemäß 3a ist die weitere Kupplung K2 zwischen einem ersten und einem zweiten Teil/Abschnitt 521, 522 einer der Antriebswellen 52 der zweiten Fahrzeugachse 5 angeordnet. Die Längswelle 6 und der Winkeltrieb 61 sind somit im Gegensatz zur Ausführung gemäß 1 permanent mit dem Käfig 511 des Querverteilergetriebes 51 drehgekoppelt. Durch Öffnen der weiteren Kupplung K2 wird das in Fahrzeuglängsrichtung linke Fahrzeugrad 53 antriebstechnisch vom Rest des Antriebsstranges entkoppelt, wodurch kein Antriebsmoment von dem Antriebsmotor 1 auf dieses Rad 53 übertragbar ist. Da bei einer Drehung des in Fahrzeuglängsrichtung rechten Rades 53 der Planetenradsatz 512 des Querverteilergetriebes 51 innerhalb des Käfig 511 frei mitdrehbar ist, ist auch dieses Fahrzeugrad 53 antriebstechnisch vom restlichen Fahrzeugantriebsstrang entkoppelt. Somit ist die zweite Fahrzeugachse 5 durch Schließen oder Öffnen der weiteren Kupplung K2 quasi komplett von der Längswelle 6 schaltbar an- und abkoppelbar.
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Gemäß 3b ist je Antriebswelle 52 der zweiten Fahrzeugachse 5 eine weitere Kupplungen K2 vorgesehen, welche zwischen einem permanent mit dem Querverteilergetriebe 51 drehgekoppelten Abschnitt 521 und einem permanent mit dem jeweiligen Fahrzeugrad 54 drehgekoppelten Abschnitt 522 der Antriebswelle 52 angeordnet ist. Mit anderen Worten ist gemäß 3b in jeder der Antriebswellen 52 der zweiten Fahrzeugachse 5 eine weitere Kupplung K2 gemäß 3a angeordnet. Im Gegensatz zur Ausführung nach 3a wird das Querverteilergetriebe 51, i.e. der Planetenradsatz 512, durch die Fahrzeugräder 53 nicht mitgeschleppt, wenn die weiteren Kupplungen K2 geöffnet sind.
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Bei der Ausführung der zweiten Fahrzeugachse 5 gemäß 3c sind analog zu 3b in jeder der Antriebswellen 52 eine weitere Kupplung K2 angeordnet, allerdings befinden sich die Kupplungen K2 jeweils im Bereich eines Radträgers oder einer Radnabe der Antriebswellen 52. Insbesondere sind die weiteren Kupplungen K2 in dem jeweiligen Radträger bzw. der jeweiligen Radnabe integriert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsmotor
- 11
- Kurbelwelle
- 2
- Fahrzeughauptgetriebe
- 21
- Aktorik
- 22
- Steuergerät
- 23
- Wählhebel
- 24
- Gehäuse
- 3
- Fahrzeuglängsverteilergetriebe
- 31
- Eingangswelle
- 32
- Zwischenwelle
- 33
- weitere Zwischenwelle
- 34
- Winkeltrieb
- 341
- Kegelrad
- 342
- Kegelrad
- 35
- Aktorik
- 36
- Wählehebel
- 37
- Gehäuse
- 4
- erste Fahrzeugachse
- 41
- Querverteilergetriebe
- 411
- Käfig
- 412
- Planetenradsatz
- 42
- Antriebswelle
- 43
- Fahrzeugrad
- 5
- zweite Fahrzeugachse
- 51
- Querverteilergetriebe
- 511
- Käfig
- 512
- Planetenradsatz
- 52
- Antriebswelle
- 521
- Antriebswellenabschnitt
- 522
- Antriebswellenabschnitt
- 53
- Fahrzeugrad
- 6
- Längswelle
- 61
- Winkeltrieb
- 7
- Fahrbahnoberfläche
- A
- Schnittebene
- K1
- Kupplung
- K2
- weitere Kupplung
- U1
- erste Übersetzungsstufe
- U11
- Stirnrad
- U12
- Stirnrad
- U2
- zweite Übersetzungsstufe
- U3
- dritte Übersetzungsstufe
- U31
- Stirnrad
- U32
- Stirnrad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- FR 2937915 A1 [0004]
- JP 2002370557 A [0004]
- WO 2009/127324 A2 [0005]
