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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für allradgetriebene Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Allradantriebe für Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftfahrzeuge, lassen sich grob unterteilen in permanente Antriebe mit zwei Achsdifferenzialen und einem Zwischenachsdifferenzial (zur Vermeidung von Antriebsverspannungen) und in sogenannte Hang-on Antriebe mit einer unmittelbar von dem Antriebsaggregat angetriebenen Primärachse und einer über eine Kupplung (zum Beispiel eine Viscokupplung oder eine Haldexkupplung) bei Antriebsschlupf zuschaltbaren Sekundärachse. Die Primärachse bzw. die Sekundärachse können dabei die Vorderachse oder die Hinterachse des Kraftfahrzeugs sein.
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Durch die
JP 2005- 35 379 A ist eine Antriebsvorrichtung bekannt, bei der der Antrieb der Sekundärachse des Kraftfahrzeugs über einen Zahnriementrieb als Übertragungsmittel von der Primärachse zur Sekundärachse erfolgt. Die Differenziale der beiden Achsen sind in üblicher Weise koaxial zu den auf die Räder abtreibenden Antriebswellen angeordnet. Ferner ist eine steuerbare Kupplung vorgesehen, über die der Kraftfluss zur Sekundärachse zur Erzielung zum Beispiel nur eines Frontantriebs des Kraftfahrzeugs unterbrechbar ist.
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Aus der
WO 81/ 03 150 A1 ist zudem eine Antriebsvorrichtung bekannt, bei der eine Sekundärachse über zwei seitliche Umschlingungstriebe von der über ein Antriebsaggregat angetriebenen Primärachse des Kraftfahrzeugs bzw. deren auf die Räder abtreibenden Antriebswellen beaufschlagt ist. Über das einzige Achsdifferenzial nur an der Primärachse können jedoch Drehzahlunterschiede der Räder insbesondere beim Durchfahren von Kurven nicht zufriedenstellend ausgeglichen werden.
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Aus der
CH 180 557 A ist eine gattungsgemäße Radsteuervorrichtung eines Kraftfahrzeugs bekannt. Aus der
DE 10 2008 022 939 A1 ist eine Achsantriebsanordnung eines Fahrzeugs mit Verteilergetriebe bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung der gattungsgemäßen Art anzugeben, die fertigungstechnisch einfach und baulich kompakt ausgeführt ist und die insbesondere größere, konstruktive Freiheitsgrade zu deren Anordnung in einem Kraftfahrzeug und in der fahrdynamischen Auslegung bietet.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Kupplungseinrichtung durch zwei oder mehrere getrennt abtreibende Kupplungen gebildet ist, die koaxial zum Achsdifferenzial der Primärachse angeordnet sind und die über die Übertragungsmittel auf die linke und rechte Antriebswelle der Sekundärachse wirken. Durch diese Maßnahme gelingt es, mit nur einem Achsdifferenzial bei einer baulich einfachen und kompakten Konstruktion einen perfekten Drehzahlausgleich und eine günstige Antriebsmomentenverteilung herzustellen. Ferner kann über die Auslegung der Übertragungsmittel die räumliche Anordnung des Antriebsaggregats und damit verbunden die Achsgewichtsverteilung des Kraftfahrzeugs günstig beeinflusst werden.
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Die Begrifflichkeit Kupplung ist hier in einem umfassenden Sinne zu verstehen und soll grundsätzlich jedwede geeignete Koppeleinrichtung bzw. jedwede geeignete Schalteinrichtung umfassen, mit der die erfindungsgemäß gewünschte Funktion und Wirkung erzielt werden kann. Bevorzugt sind die Kupplungen als Hang-on Kupplung ausgebildet, d.h. als Kupplung ausgebildet, mit der eine Achse der Antriebsvorrichtung trieblich gesehen angehängt (engl. „hang-on“) werden kann. Die dem Achsdifferenzial zugeordneten Kupplungen können zum Beispiel hydraulisch steuerbare Lamellenkupplungen sein und/oder so ausgebildet sein, dass diese bei Drehzahldifferenzen zwischen der Primärachse und der Sekundärachse automatisch schließen bzw. dass diese die Sekundärachse trieblich mit der Primärachse koppeln.
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Die Übertragungsmittel können beispielsweise durch hydrostatische Antriebe mit jeweils einer antreibenden Pumpe und Hydromotoren an der Sekundärachse sowie mit entsprechenden Hydraulikleitungen gebildet sein. Bevorzugt werden jedoch zwei formschlüssig wirkende Umschlingungstriebe eingesetzt, die als Kettentriebe oder vorzugsweise als geräuscharme Zahnriementriebe ausgeführt sein können. Bei größeren Übertragungsstrecken können dabei Zwischenräder, Umlenkräder, etc. in den Triebgehäusen zur Stabilisierung und Anpassung der Umschlingungsmittel an gegebene Bauraumverhältnisse vorgesehen sein.
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Des Weiteren können in die die Räder der Sekundärachse antreibenden Antriebswellen steuerbare Schalteinrichtungen, insbesondere Kupplungen, integriert sein, mittels denen die Übertragungsmittel stillsetzbar sind, sofern die primärachsenseitigen Kupplungen geöffnet sind bzw. werden. Die Schalteinrichtungen können hydraulisch beaufschlagbare Lamellenkupplungen oder formschlüssig wirkende Klauenkupplungen bzw. auch Synchronkupplungen sein.
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In einer baulich und fertigungstechnisch günstigen, weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die beiden Kupplungen an der Primärachse als Doppelkupplung ausgeführt sein, mit einem antreibenden, mit dem Achsdifferenzial trieblich verbundenen Kupplungsgehäuse und mit zwei Kupplungs-Abtriebselementen.
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Das Achsdifferenzial der Primärachse kann ferner in das Antriebsaggregat integriert sein, wobei die Kupplungen und die Antriebselemente der Übertragungsmittel koaxial zu den Antriebswellen der Primärachse an einer Seite des Antriebsaggregats angeordnet sind. Diese Auslegung eignet sich besonders für Kraftfahrzeuge mit frontseitig oder heckseitig quer eingebautem Antriebsaggregat oder für Antriebsaggregate mit Längseinbau und zwischen der antreibenden Brennkraftmaschine und nachgeschaltetem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe integriertem Achsdifferenzial, an das dann einerseits lediglich die Kupplungen und die Antriebselemente der Übertragungsmittel bzw. die Riemenräder der Zahnriementriebe anzubauen sind.
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Alternativ wird für Kraftfahrzeuge mit frontseitigem Antriebsaggregat oder in Mittelmotoranordnung und heckseitiger Primärachse vorgeschlagen, dass das Achsdifferenzial und die koaxialen Kupplungen in einem Achsgehäuse der Primärachse angeordnet sind und dass das Achsdifferenzial über eine Ausgangswelle des Antriebsaggregats (zum Beispiel eine Kardanwelle) angetrieben ist, wobei ferner die beiden Übertragungsmittel beiderseits an dem Antriebsaggregat vorbei zur Sekundärachse geführt sind. Dementsprechend kann die Sekundärachse geteilt mit einer links- und rechtsseitigen Antriebswelle ausgeführt sein und behindert nicht die Anordnung des gegebenenfalls dazwischen liegenden Antriebsaggregats. Das Achsgehäuse der Primärachse kann ferner relativ symmetrisch bzw. mittig des Kraftfahrzeugs positioniert sein.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können den Übertragungsmitteln bzw. den Umschlingungstrieben antriebsseitig jeweils ein Übersetzungsgetriebe ins Schnelle und abtriebsseitig ein Übersetzungsgetriebe ins Langsame zugeordnet sein. Dadurch wird die Zugbelastung der Umschlingungstriebe gezielt reduziert, an den Antriebswellen der Sekundärachse aber wieder Drehzahlgleichheit hergestellt.
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Die Übersetzungsgetriebe können dabei bevorzugt aus zu den Antriebswellen der Primärachse und der Sekundärachse koaxialen Planetengetrieben bestehen, deren Außenräder gehäusefest ausgeführt sind und deren Antriebselemente und Abtriebselemente durch den Steg und das Sonnenrad gebildet sind. Derartige Planetengetriebe sind baulich kompakt und robust ausführbar und weisen günstige Getriebewirkungsgrade auf.
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Erfindungsgemäß ist weiter ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung mit einem oder mehreren der zuvor beschriebenen und/oder in den Vorrichtungsansprüchen beanspruchten Merkmal(e) vorgesehen, wobei bezüglich der sich dadurch ergebenden Vorteile auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Blockschaltbild einer Antriebsvorrichtung für allradgetriebene Kraftfahrzeuge, mit einem längs eingebauten, frontseitigen Antriebsaggregat mit integriertem Achsdifferenzial der Primärachse und zwei zu einer Doppelkupplung zusammengebauten Hang-on Kupplungen, die über Zahnriementriebe auf eine heckseitige Sekundärachse abtreiben;
- 2 ebenfalls als Blockschaltbild eine Antriebsvorrichtung mit Längseinbau des Antriebsaggregats und einer das Achsdifferenzial und die Hang-on Kupplungen beinhaltenden, separaten Primärachse, die wiederum über zwei seitliche Zahnriementriebe die vorne positionierte Sekundärachse antreibt; und
- 3 wiederum als Blockschaltbild eine Antriebsvorrichtung für ein quer im Kraftfahrzeug angeordnetes Antriebsaggregat mit integriertem Achsdifferenzial, an das die Hang-on Kupplungen angebaut sind, wobei die Kupplungen mittels zwischengeschalteter Übersetzungsgetriebe und die Zahnriementriebe auf die Sekundärachse abtreiben.
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In der 1 ist grob schematisch eine Antriebsvorrichtung für ein allradgetriebenes Kraftfahrzeug mit einem frontseitig längs eingebauten Antriebsaggregat 10 dargestellt, das eine Vorderachse bzw. Primärachse 12 und über diese durch Übertragungsmittel bzw. zwei Zahnriementriebe 14, 16 eine Hinterachse bzw. Sekundärachse 18 des Kraftfahrzeugs antreibt.
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Das Antriebsaggregat 10 setzt sich im Wesentlichen aus einer Brennkraftmaschine 20 (dies kann auch eine andere Antriebsmaschine, zum Beispiel eine Elektromaschine sein), einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe 22 und einem integrierten Kegelrad-Achsdifferenzial 24 zusammen. Das Achsdifferenzial 24 treibt in bekannter Weise die Vorderräder (nicht dargestellt) der Primärachse 12 des Kraftfahrzeugs über Antriebswellen 12a, 12b an.
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An das Antriebsaggregat 10 bzw. an das Achsdifferenzial 24 schließen koaxial zwei zu einer Doppelkupplung zusammengebaute Hang-on Kupplungen 26, 28 (zum Beispiel Haldexkupplungen als in einem umfassenden Sinne zu verstehende schlupfgesteuerte Lamellenkupplungen) an, die in einem an das Gehäuse des Achsdifferenzials 24 angeflanschtem Gehäuse 30 (in gestrichelten Linien angedeutet) entsprechend gelagert und an dessen Schmierölsystem angeschlossen sind.
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Dabei ist das in bekannter Weise angetriebene Ausgleichsgehäuse 24a des Achsdifferenzials 24 über eine Hohlwelle 32 mit dem gemeinsamen Gehäuse 34 der Doppelkupplung 26, 28 verbunden, deren Abtriebselemente 36, 38 über entsprechende Hohlwellen (ohne Bezugszeichen) mit den axial benachbarten Riemenrädern 14a, 16a der Zahnriementriebe 14, 16 trieblich verbunden sind.
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Die von den Riemenrädern 14a, 16a abgehenden und in einem Gehäuse 40 geführten Zahnriemen 14b, 16b wirken mit in dem Achsgehäuse 42 der Sekundärachse 18 gelagerten Riemenrädern 14c, 16c zusammen. Die Riemenräder 14c, 16c treiben dabei auf die unterschiedlich langen Antriebswellen 18a, 18b bzw. auf die Hinterräder des Kraftfahrzeugs ab.
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Innerhalb des Achsgehäuses 42 sind auf den Antriebswellen 18a, 18b Kupplungen 44, zum Beispiel Klauenkupplungen 44, angeordnet, mittels denen die Antriebswellen 18a, 18b einzeln oder gleichzeitig über nicht dargestellte Schalteinrichtungen von den Zahnriementrieben 14, 16 abkoppelbar sind. Anstelle von Klauenkupplungen 44 können alternativ aber auch aus Schaltgetrieben bekannte Synchronkupplungen oder hydraulisch steuerbare Lamellenkupplungen verwendet sein, um nur einige weitere Beispiele für derartige Schalteinrichtungen zu nennen.
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Im regulären Fahrbetrieb ohne Drehzahlunterschiede an den Rädern zwischen der Primärachse 12 und der Sekundärachse 18 des Kraftfahrzeugs ist nur die Primärachse 12 angetrieben (im Ausführungsbeispiel Frontantrieb), während die Sekundärachse 18 lastlos mitläuft oder, insbesondere aus energetischen Gründen, stillgesetzt ist, nämlich durch Stillsetzen der Zahnriementriebe 14, 16.
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Bei Drehzahlunterschieden zwischen der Primärachse 12 und der Sekundärachse 18 schließen die Hang-on Kupplungen 26, 28 und es wird je nach Kupplungsauslegung mehr oder weniger Drehmoment über die Zahnriementriebe 14, 16 auf die Hinterräder bzw. auf die Sekundärachse 18 umverteilt.
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Ferner können über die hier beispielhaft durch Kupplungen 44 gebildeten Schalteinrichtungen die hier ebenfalls beispielhaft durch Zahnriementriebe 14, 16 gebildeten Umschlingungstriebe stillgesetzt werden, sofern die primärachsenseitigen Kupplungen 26, 28 hierfür geöffnet sind bzw. werden.
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Die 2 stellt eine alternative Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug ebenfalls mit Längseinbau des Antriebsaggregats 10' dar. Funktionell gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Im Ausführungsbeispiel ist das Antriebsaggregat 10' mit Brennkraftmaschine 20 und einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe 22 frontseitig des Kraftfahrzeugs angeordnet und es bildet die Hinterachse die Primärachse 12', während die Vorderachse die über die Primärachse 12' angetriebene, zweigeteilte Sekundärachse 18' darstellt.
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Im Achsgehäuse 46 der Primärachse 12' sind das Kegelrad-Achsdifferenzial 24 und beidseitig die hier separat ausgeführten Hang-on Kupplungen 26, 28 angeordnet und im Wesentlichen wie vorstehend zur 1 beschrieben ausgeführt.
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Das Achsdifferenzial 24 wird jedoch über eine in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtete Ausgangswelle 48 (zum Beispiel eine Kardanwelle) des Wechselgetriebes 22 angetrieben, welche Ausgangswelle 48 über einen Stirnradtrieb 50 seitlich versetzt angeordnet und über den Kegelradtrieb 52 auf das Achsdifferenzial 24 abtreibt.
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Die das linke Hinterrad des Kraftfahrzeugs antreibende Antriebswelle 12a des Achsdifferenzials 24 ist wie ersichtlich durch die Kupplung 26 und das Riemenrad 14a und die rechte Antriebswelle 12b durch die Kupplung 28 und das Riemenrad 16a hindurchgeführt.
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Die Gehäuse der Kupplungen 26, 28 sind mit dem Ausgleichsgehäuse 24a des Achsdifferenzials 24 trieblich verbunden, während deren Abtriebselemente 34, 38 auf die Riemenräder 14a, 16a der seitlich an dem Antriebsaggregat 10' vorbei geführten Zahnriementriebe 14, 16 wirken. Über die Zahnriemen 14b, 16b mit den Riemenrädern 14c, 16c auf den vorderen Antriebswellen 18a, 18b sind die Sekundärachsen 18' mit den in die Antriebswellen 18a, 18b integrierten Kupplungen 44 angetrieben.
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Die Funktion der Antriebsvorrichtung gemäß 2 ist im Wesentlichen gleich der Antriebsvorrichtung nach 1, mit dem Unterschied, dass die beiden separaten Hang-On Kupplungen 26, 28 beiderseits des Achsdifferenziales 24 und innerhalb eines gemeinsamen Achsgehäuses 46 angeordnet sind und dass durch die Zweiteilung der Sekundärachse 18' die Position des Antriebsaggregats 10' relativ frei wählbar ist und zum Beispiel als Frontaggregat oder in Mittelmotoranordnung auslegbar ist.
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Die 3 zeigt eine weitere, alternative Antriebsvorrichtung mit einem frontseitig (oder heckseitig) quer eingebauten Antriebsaggregat 10". Funktionell zu den 1 und 2 gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Zur Vermeidung von Wiederholungen sind lediglich die relevanten Unterschiede erläutert.
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Gemäß 3 sind die koaxial zum in das Wechselgetriebe 22 integrierten Achsdifferenzial 24 angeordneten Hang-On Kupplungen 26, 28 der Primärachse 12" separat ausgeführt und beiderseits der antreibenden Riemenräder 14a, 16a der Zahnriementriebe 14, 16 positioniert.
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Jeweils im Kraftfluss nach den Kupplungen 26, 28 sind als Planetengetriebe ausgelegte, baugleiche Übersetzungsgetriebe 54 vorgesehen, die zu den nachgeschalteten Riemenrädern 14a, 16a eine Übersetzung ins Schnelle bzw. eine Drehmoment- bzw. Zugkraftabsenkung an den Zahnriemen 14b, 16b bewirken.
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Dabei sind jeweils die Außenräder 54a der Übersetzungsgetriebe 54 gehäusefest, während die Planetenräder (ohne Bezugszeichen) tragenden Stege 54b mit den Abtriebselementen 36, 38 der Kupplungen 26, 28 gekoppelt sind; die Sonnenräder 54c der Übersetzungsgetriebe 54 sind auf die Riemenräder 14a, 16a der Zahnriementriebe 14, 16 geschaltet.
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Die Sekundärachse 18" weicht von der Sekundärachse 18 gemäß 1 dadurch ab, dass ebenfalls als Planetengetriebe ausgeführte, zueinander baugleiche Übersetzungsgetriebe 56 verwendet sind, die im Kraftfluss zwischen die Riemenräder 14c, 16c und die die Schaltkupplungen 44 aufweisenden Antriebswellen 18a, 18b geschaltet sind und die eine Übersetzung ins Langsame derart bilden, dass zwischen den Antriebswellen 12a, 12b der Primärachse 12" und den Antriebswellen 18a, 18b der Sekundärachse 18" wieder Drehzahlgleichheit (bei regulärer Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs) vorliegt.
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Dazu sind die Außenräder 56a der Übersetzungsgetriebe 56 wieder gehäusefest, während die mit den Riemenrädern 14c, 16c gekoppelten Sonnenräder 56c die Antriebselemente und die Planetenräder tragenden, mit den Antriebswellen 18a, 18b trieblich verbundenen Stege 56b die Abtriebselemente der Übersetzungsgetriebe 56 sind.
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Die Funktion der Antriebsvorrichtung mit der Primärachse 12", den beiden Hang-On Kupplungen 26, 28, den Zahnriementrieben 14, 16 und der Sekundärachse 18" ist wie zu den 1 und 2 beschrieben, wobei durch die Zwischenschaltung der Übersetzungsgetriebe 54, 56 die Belastung der Zahnriementriebe 14, 16 vermindert und diese dementsprechend entweder höhere Antriebsmomente zur Sekundärachse 18" übertragen oder aber auf eine geringere Belastung ausgelegt sein können.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere sind dem Fachmann geläufige Modifikationen zwischen den 1 bis 3 möglich.
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Je nach fahrzeugspezifischer Anordnung des Antriebsaggregats 10 heckseitig, frontseitig oder in Mittelmotorausbildung kann die Sekundärachse 18 als Vorderachse oder als Hinterachse eingesetzt sein. Die Primärachse 12 kann an das Antriebsaggregat 10 angebaut (1 oder 3) oder als separate Vorder- oder Hinterachse (2) ausgeführt sein.
