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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Differentiale für Kraftfahrzeuge und insbesondere auf Differentiale für Kraftfahrzeuge, die ein integriertes Torque-Vectoring aufweisen.
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HINTERGRUND
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Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung dar und können, müssen jedoch nicht Stand der Technik bilden.
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In den letzten Jahren unterliegen Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen und Kleinlastwagen, intensiver Bemühung, das Handling-Verhalten sowohl unter Routine- als auch unter Notfallfahrbedingungen zu verbessern. Obwohl der Schwerpunkt auf Letzterem liegt, ist dies von der Erkenntnis begleitet, dass dynamische aktive Steuersysteme verhindern können, dass sich eine Routinefahrbedingung oder im Wesentlichen Routinefahrbedingung zu einer Notfallsituation ausweitet.
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Dementsprechend sind gleichzeitig mit Antiblockierbremssystemen (ABS) unter anderen Fahrzeugsicherheitssystemen Antriebsschlupfregelungs- und Drehmomentverteilungs-Antriebsstrangsysteme entwickelt worden. Allgemein gesagt umfassen Antriebsschlupfregelungs- und Drehmomentverteilungs-Antriebsstrangsysteme gesteuerte mechanische, elektromechanische oder hydromechanische Systeme, die sowohl die Erzeugung des Drehmoments durch Steuern von Betriebsaspekten der Antriebsmaschine als auch die Verteilung des Drehmoments auf die zwei oder vier Antriebsräder des Fahrzeugs durch Steuern von Getriebe-, Verteilergetriebe- und Differentialkomponenten steuern.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Differential für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, der ein integriertes Torque-Vectoring aufweist. Das Differential der vorliegenden Erfindung schafft in Fahrzeugsystemen, die häufig als Stabilitätssteuersysteme bezeichnet werden, eine Verbesserung des Fahrzeug-Handlings. Das Differential der vorliegenden Erfindung enthält ein Paar nebeneinanderliegender Planetenradanordnungen, die einen gemeinsamen Planetenradträger aufweisen, der durch den Ausgang eines Getriebes angetrieben wird. Jede der Planetenradanordnungen enthält ein Hohlrad, das durch eine jeweilige Reibungsbremse einzeln und wahlweise zu einem feststehenden Differentialgehäuse auf Masse festgelegt (gebremst) werden kann, und ein Sonnenrad, das über eine Achse mit einem jeweiligen Antriebsrad gekoppelt ist. Jede Planetenradanordnung enthält langgestreckte Planetenräder, die nicht nur mit ihrem jeweiligen Sonnen- und Hohlrad, sondern auch mit den Planetenträgern der anderen Planetenradanordnung kämmen. Die wahlweise Aktivierung der Bremsen steuert die Verteilung, d. h. das Vectoring, des Drehmoments zu jedem der Antriebsräder. Außerdem enthält das Intervall optional eine Kupplung mit begrenztem Schlupf, die zwischen einem Sonnenrad und einem Hohlrad einer der Planetenradanordnungen angeordnet ist.
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Somit ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass sie ein Torque-Vectoring-Differential schafft, das ein Paar Planetenradanordnungen aufweist, die nebeneinander angeordnet sind.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, dass sie ein Torque-Vectoring-Differential schafft, das ein Paar unabhängig betreibbarer Bremsen aufweist, die zwischen einem jeweiligen Hohlrad des Paars von Planetenradanordnungen und der Masse funktional angeordnet sind.
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Ein nochmals weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, dass sie ein Torque-Vectoring-Differential schafft, das langgestreckte Planetenträger aufweist, die nicht nur mit ihrem zugeordneten Sonnen- und Hohlrad, sondern auch mit den Planetenträgern der anderen Planetenradanordnung kämmen.
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Ein nochmals weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, dass sie ein Torque-Vectoring-Differential schafft, das eine optionale Kupplung aufweist, die zwischen dem Hohl- und dem Sonnenrad einer Planetenradanordnung angeordnet ist, um den Schlupf des Differentials zu begrenzen.
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Weitere Bereiche der Anwendbarkeit gehen aus der hier gegebenen Beschreibung hervor. Selbstverständlich sind die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur zu Veranschaulichungszwecken bestimmt und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
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ZEICHNUNGEN
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Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
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1 ist ein Hebeldiagramm eines Torque-Vectoring-Differentials in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine schematische Ansicht eines Torque-Vectoring-Differentials in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung und zugeordneter Komponenten eines Kraftfahrzeugs; und
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3 ist ein seitlicher Aufriss der Planetenradanordnungen eines Torque-Vectoring-Differentials in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, die vorliegende Anwendung oder die vorliegenden Verwendungen nicht einschränken.
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In
1 ist ein Torque-Vectoring-Differential für ein Kraftfahrzeug in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung in einem Hebeldiagramm dargestellt und mit dem Bezugszeichen
10 bezeichnet. Ein Hebeldiagramm ist eine schematische Darstellung der Komponenten einer Vorrichtung wie etwa eines Differentials oder eines Automatikgetriebes, in der eine Planetenradanordnung durch einen vertikalen Stab oder Hebel dargestellt ist und die Komponenten der Planetenradanordnung wie etwa das Sonnenrad, der Planetenradträger und das Hohlrad durch Knoten dargestellt sind. Die relativen Längen der vertikalen Stäbe zwischen den Knoten repräsentieren die Verhältnisse zwischen den Komponenten. Mechanische Kopplungen oder Verbindungen zwischen den Knoten wie etwa Wellen oder Hohlwellen sind durch horizontale Linien dargestellt und Drehmomentübertragungsvorrichtungen wie etwa Reibungskupplungen und Bremsen sind durch verschachtelte oder ineinander geschachtelte Finger dargestellt. Eine weitere Erläuterung des Formats, des Zwecks und der Verwendung von Hebeldiagrammen ist in der
SAE-Abhandlung Nr. 810102 mit dem Titel "The Lever Analogy: A New Tool in Transmission Analysis" von Benford und Leising, die hier vollständig durch Bezugnahme mit aufgenommen ist, zu finden.
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Das Torque-Vectoring-Differential 10 enthält eine Eingangswelle 12, eine erste oder linke Ausgangshalbwelle oder -achse 14, eine zweite oder rechte Ausgangshalbwelle oder -achse 16 und ein feststehendes Gehäuse 18, das in 1 als Masse bezeichnet ist. Der einzelne Fünf-Knoten-Hebel 20 repräsentiert zwei Planetenradanordnungen 30 und 50. Eine erste oder linke Planetenradanordnung 30 enthält einen ersten Knoten 32, der mit der ersten oder linken Ausgangshalbwelle oder -achse 14 verbunden ist und sie antreibt, einen zweiten Knoten 34, der mit der Eingangswelle 12 verbunden ist und durch sie angetrieben wird, und einen dritten Knoten 36. Eine zweite oder rechte Planetenradanordnung 50 enthält einen ersten Knoten 52, der mit der zweiten oder rechten Ausgangshalbwelle der -achse 16 verbunden ist und sie antreibt, einen zweiten Knoten 54, der mit dem zweiten Knoten 34 der ersten Planetenradanordnung 30 gemeinsam ist und der mit der Eingangswelle 12 verbunden ist und durch sie angetrieben wird, und einen dritten Knoten 56.
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Der dritte Knoten 36 der ersten oder linken Planetenradanordnung 30 ist mit einer Seite, z. B. mit einer Eingangsseite, einer ersten oder linken Reibungsbremsenanordnung 38 gekoppelt und die andere Seite der ersten oder linken Reibungsbremsenanordnung 38 ist mit der Masse 18 verbunden. Der dritte Knoten 56 der zweiten oder rechten Planetenradanordnung 50 ist mit einer Seite, z. B. mit einer Eingangsseite, einer zweiten oder rechten Reibungsbremsenanordnung 58 gekoppelt und die andere Seite der zweiten oder rechten Reibungsbremsenanordnung 58 ist mit der Masse 18 verbunden.
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Nun anhand von 2 und 3 enthält das Torque-Vectoring-Differential 10 die Eingangswelle 12, die mit einem gemeinsamen Planetenradträger 34, 54 verbunden ist und ihn antreibt. Die erste oder linke Ausgangshalbwelle oder -achse 14 ist mit einem ersten oder linken Sonnenrad 32 der ersten oder [engl.: ”of”] linken Planetenträgeranordnung 30 verbunden und wird durch es angetrieben und die zweite oder rechte Ausgangshalbwelle oder -achse 16 ist mit einem zweiten oder rechten Sonnenrad 52 der zweiten oder rechten Planetenträgeranordnung 50 gekoppelt und wird durch es angetrieben. Außerdem enthält die erste oder linke Planetenradanordnung 30 ein erstes oder linkes Hohlrad 36, das mit der Eingangsseite der ersten oder linken Reibungsbremsenanordnung 38, die eine Mehrzahl von Eingangsreibplatten oder -scheiben 40 aufweist, verbunden ist. Eine Mehrzahl feststehender oder auf Masse festgelegter Platten oder Scheiben 42 sind mit der Mehrzahl von Eingangsplatten oder -scheiben 40 verschachtelt und mit der Masse oder mit dem Gehäuse 18 verbunden. In benachbarter betreibbarer Beziehung zu den verschachtelten Platten oder Scheiben 40 und 42 ist ein erster oder linker Effektor oder Aktuator 44 angeordnet. Der erste oder [engl.: ”of”] linke Effektor oder Aktuator 44 ist vorzugsweise hydraulisch, kann aber elektrisch oder pneumatisch sein.
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Die zweite oder rechte Planetenradanordnung 50 enthält außerdem ein zweites oder rechtes Hohlrad 56, das mit der Eingangsseite der zweiten Reibungsbremsenanordnung 58, die eine Mehrzahl von Eingangsreibplatten oder -scheiben 60 aufweist, verbunden ist. Eine Mehrzahl feststehender oder auf Masse festgelegter Platten oder Scheiben 62 sind mit der Mehrzahl von Eingangsplatten der -scheiben 60 verschachtelt und mit der Masse oder mit dem Gehäuse 18 verbunden. In benachbarter betreibbarer Beziehung zu den verschachtelten Platten oder Scheiben 60 und 62 ist ein zweiter oder rechter Effektor oder Aktuator 64 angeordnet. Der zweite oder rechte Effektor oder Aktuator 64 ist vorzugsweise ebenfalls hydraulisch, kann aber elektrisch oder pneumatisch sein.
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Alternativ können bestimmte Verbindungen zu der ersten Planetenradanordnung 30 und zu der zweiten Planetenradanordnung 50 umgekehrt sein, wobei die erste oder linke Ausgangshalbwelle oder -achse 14 mit dem ersten oder linken Hohlrad 36 verbunden ist, die erste oder linke Reibungsbremsenanordnung 38 mit dem ersten oder linken Hohlrad 32 verbunden ist, die zweite oder rechte Ausgangshalbwelle oder -achse 16 mit dem zweiten oder rechten Hohlrad 56 verbunden ist und die zweite Reibungsbremsenanordnung 58 mit dem zweiten oder rechten Sonnenrad 52 verbunden ist.
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Innerhalb des gemeinsamen Planetenradträgers 34, 54 sind eine erste Mehrzahl, üblicherweise drei, linke Planetenräder 46 angeordnet, die an einer gleichen Mehrzahl von Wellenstümpfen 48 drehbar angeordnet sind. Auf Wunsch können sich zwischen den Planetenträgern 46 und den Wellenstümpfen 48 Nadel- oder Rollenlageranordnungen (nicht dargestellt) befinden, um Reibungs- und Spinverluste zu verringern. Die erste Mehrzahl linker Planetenräder 46 kämmen ständig mit dem ersten oder linken Sonnenrad 32 und mit dem ersten oder linken Hohlrad 36. Wie am besten in 3 dargestellt ist, sind die erste Mehrzahl linker Planetenräder 46 langgestreckt und kämmen sie außerdem ständig mit einem jeweiligen einer zweiten Mehrzahl rechter Planetenräder 66, die ebenfalls langgestreckt sind und die in dem gemeinsamen Träger 34, 54 an Wellenstümpfen 68 drehbar angeordnet sind. Auf Wunsch können sich die Nadel- oder Rollenlager (nicht gezeigt) wieder zwischen den Planetenrädern 66 und den Wellenstümpfen 68 befinden. Außer, dass sie mit der ersten Mehrzahl linker Planetenräder 46 kämmen, kämmen eine zweite Mehrzahl rechter Planetenräder 66 ständig mit dem zweiten oder rechten Sonnenrad 52 und mit dem zweiten oder rechten Hohlrad 56.
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Es sollte gewürdigt und verstanden werden, dass die verschiedenen entsprechenden Komponenten der ersten oder linken Planetenradanordnung 30 und der zweiten oder rechten Planetenradanordnung 50, d. h. die Sonnenräder 32 und 52, die Planetenräder 46 und 66 und die Hohlräder 36 und 56, die gleiche Größe aufweisen und dieselbe Größe, Teilung und Anzahl der Zähne enthalten, so dass eine gleichmäßige und gleiche Drehmomentverzweigung und -lieferung zu der linken und rechten Achse oder Halbwelle 14 und 16 stattfindet, wenn die linke und die rechte Reibungsbremsenanordnung 38 und 58 vollständig gelöst sind.
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Mit dem Torque-Vectoring-Differential 10 wirken mehrere zugeordnete Komponenten zusammen, die in 2 dargestellt sind. Eine erste oder linke Drehzahlsensoranordnung 72 ist in erfassender Beziehung mit der ersten oder linken Ausgangshalbwelle oder -achse 14 angeordnet und eine zweite oder rechte Drehzahlsensoranordnung 74 ist ähnlich mit der zweiten oder rechten Ausgangshalbwelle oder -achse 16 angeordnet. Die Drehzahl der Eingangswelle 12 wird allgemein durch einen Ausgangsdrehzahlsensor in dem Fahrzeuggetriebe (nicht dargestellt) bereitgestellt, wobei aber auf Wunsch eine dedizierte Eingangsdrehzahlsensor-Anordnung 76 in erfassender Beziehung mit der Eingangswelle 12 angeordnet sein kann. Vorzugsweise sind die Drehzahlsensoranordnungen 72, 74 und 76 Hall-Effekt-Sensoren, obwohl andere Sensortypen wie etwa optische Sensoren oder Sensoren mit variablem magnetischem Widerstand genutzt werden können. Die Ausgaben der Drehzahlsensoranordnungen 72, 74 und 76 werden für ein Steuermodul 80 wie etwa ein Fahrwerkregelungsmodul (CCM) oder eine ähnliche Vorrichtung bereitgestellt. Üblicherweise enthält das Steuermodul 80 z. B. Eingabevorrichtungen, einen oder mehrere Mikroprozessoren, eine Ablage, Nachschlagetabellen und Ausgabevorrichtungen, die den ersten oder linken Bremseneffektor oder -aktuator 44, den zweiten oder rechten Bremseneffektor oder -aktuator 64 und einen Effektor 96 der Kupplung mit begrenztem Schlupf wie im Folgenden direkt beschrieben steuern.
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Außerdem enthält das Torque-Vectoring-Differential 10 optional eine gesteuerte oder modulierte Kupplung 90 mit begrenztem Schlupf. Die Kupplung 90 mit begrenztem Schlupf enthält eine erste Mehrzahl von Reibplatten oder -scheiben 92, die mit dem ersten oder linken Hohlrad 36 der ersten oder linken Planetenradanordnung 30 verbunden sind, und eine zweite Mehrzahl von Reibplatten der -scheiben 94, die mit einer ersten Mehrzahl von Platten oder Scheiben 92 verschachtelt sind und mit dem ersten oder linken Sonnenrad 32 der ersten oder linken Planetenradanordnung 30 (und/oder mit der ersten oder linken Ausgangswelle 14) verbunden sind. Außerdem enthält die Kupplung 90 mit begrenztem Schlupf einen dritten hydraulischen, elektrischen oder pneumatischen Effektor oder Aktuator 96, der vorzugsweise unter der Steuerung des Steuermoduls 80 steht.
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Kurz gesagt können im Betrieb die Bremsenanordnungen 38 und 58 des Torque-Vectoring-Differentials 10 teilweise oder vollständig eingerückt werden, um die Aufteilung durch das Paar von Planetenradanordnungen 30 und 50 teilweise oder vollständig zu hemmen und mehr oder weniger Drehmoment zu einer oder zu der Anderen der Achsen der Halbwellen 14 und 16 anzuweisen. Die Kupplung 90 mit begrenztem Schlupf kann teilweise oder [engl.: ”of”] vollständig eingerückt werden, um die Aufteilung durch das Paar von Planetenradanordnungen 30 und 50 teilweise oder vollständig zu hemmen.
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Die Beschreibung der Erfindung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft und Änderungen, die nicht vom Hauptpunkt der Erfindung abweichen, sollen im Schutzumfang der Erfindung enthalten sein. Solche Änderungen sollen nicht als Abweichung von dem Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Erfindung angesehen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- SAE-Abhandlung Nr. 810102 mit dem Titel ”The Lever Analogy: A New Tool in Transmission Analysis” von Benford und Leising [0016]
