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BEZOGENE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der provisorischen US-Anmeldung Nr. 62/281436, die am 21. Januar 2016 eingereicht wurde und die hier einbezogen wird.
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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Drehmoment-Vectoringeinheit. Genauer gesagt, auf eine Drehmoment-Vectoringeinheit, die eine Differentialeinheit, ein Kupplungssystem mit konzentrischen Kupplungen mit gemeinsamen Kupplungsplatten und eine Getriebeanordnung enthält.
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HINTERGRUND
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Drehmoment-Vectoringeinheiten werden in Motorfahrzeugen verwendet, um die Beweglichkeit und Stabilität zusätzlich zur Verbesserung der Mobilität zu erhöhen. Drehmoment-Vectoringeinheiten ermöglichen Motorfahrzeugen, das Antriebsdrehmoment ungleichmäßig zu verschiedenen Rädern zu verteilen, um die Fahrdynamik und -stabilität zu erhöhen. Es existieren verschiedene Methoden, um das Drehmoment zwischen zwei Wellen eines Motorfahrzeug zu verteilen. Drehmoment-Vectoringeinheiten können in Fahrzeugen mit Zweirad- und Allradantrieb verwendet werden. Drehmoment-Vectoringeinheiten können verwendet werden, um das Drehmoment zwischen zwei Halbachsen eines Fahrzeugs oder zwischen einer vorderen und einer hinteren Antriebswelle zu verteilen.
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Der Drehmoment-Vectoring-Markt ist durch die herkömmlichen Kosten derartiger Systeme beschränkt. Die Kosten der mechanischen Komponenten des Drehmoment-Vectoringsystems sind hoch aufgrund der komplexen mechanischen Anordnung der Komponenten. Daher wird weiterhin ein kostengünstiges Drehmoment-Vectoringsystem benötigt, das in Motorfahrzeugmärkten im unteren Preissegment verwendet werden kann.
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KURZFASSUNG
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Es ist eine Drehmoment-Vectoringeinheit zur Verwendung in einem Motorfahrzeug, das eine Differentialeinheit, eine Getriebeanordnung und ein Kupplungssystem enthält, vorgesehen. Die Differentialeinheit enthält eine Differentialgetriebeanordnung, die in einem Differentialgehäuse aufgenommen ist. Die Getriebeanordnung ist antriebsmäßig mit einer Differentialeinheit verbunden und enthält ein erstes Getriebe, ein zweites Getriebe, ein drittes Getriebe und eine gemeinsame Welle. Die Differentialgetriebeanordnung ist antriebsmäßig mit zwei Ausgangswellen verbunden. Das Kupplungssystem ist antriebsmäßig selektiv mit der Getriebeanordnung verbunden und enthält eine konzentrische innere Kupplung und eine konzentrische äußere Kupplung, die antriebsmäßig mit einer ersten Ausgangswelle und einem Aktuator verbunden sind. Der Aktuator ist mit den beiden konzentrischen Kupplungen verbunden und betätigt jede Kupplung unabhängig. Das erste Getriebe enthält ein äußeres Zahnrad, das drehbar auf der gemeinsamen Welle gestützt ist, und ein inneres Zahnrad, das selektiv in Antriebseingriff mit der äußeren Kupplung ist. Das zweite Getriebe enthält ein äußeres Zahnrad, das drehbar auf der gemeinsamen Welle gestützt ist, und ein inneres Zahnrad, das selektiv in Antriebseingriff mit der inneren Kupplung ist, und das dritte Getriebe enthält ein äußeres Zahnrad, das drehbar mit der gemeinsamen Welle gekoppelt ist, und ein inneres Zahnrad, das drehbar mit dem Differentialgehäuse gekoppelt ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorgenannten sowie andere Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden für den Fachmann anhand der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, wenn sie angesichts der begleitenden Zeichnungen betrachtet wird, in denen:
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1 eine schematische Ansicht der Drehmoment-Vectoringeinheit gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die vorliegende Offenbarung verschiedene alternative Orientierungen und Schrittfolgen annehmen kann, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil erklärt wird. Es ist auch darauf hinzuweisen, dass die spezifischen Vorrichtungen und Prozesse, die in den angefügten Zeichnungen illustriert und in der folgenden Beschreibung dargelegt werden, nur beispielhafte Ausführungsbeispiele der in den angefügten Ansprüchen definierten erfinderischen Konzepte sind. Daher sind spezifische Abmessungen, Richtungen oder andere physische Eigenschaften, die sich auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beziehen, nicht als beschränkend anzusehen, sofern die Ansprüche nicht ausdrücklich etwas anderes aussagen.
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In der Figur ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Differential-Drehmoment-Vectoringeinheit 10 wiedergegeben. Die Drehmoment-Vectoringeinheit 10 enthält eine Differentialeinheit 40, eine Getriebeanordnung 50 und ein Kupplungssystem 60. Die Differentialeinheit 40 ist antriebsmäßig mit der Getriebeanordnung 50 und dem Kupplungssystem 60 verbunden.
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Die Differentialeinheit 40 enthält eine Differentialgetriebeanordnung 27 mit einem Tellerrad 33, das sich von dieser radial nach außen erstreckt. Das Tellerrad 33 ist drehbar an dem Differentialgehäuse 26 befestigt. Das Tellerrad 33 kann einstückig mit dem Differentialgehäuse 26 gebildet sein, oder es kann mit mehreren Befestigungsmitteln an diesem befestigt sein. Das Differentialgehäuse 26 ist auf Lagern 42, 44 angeordnet, um die Drehung zu erleichtern.
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Das Tellerrad 33 ist in ständigem Eingriff mit einem an einer Eingangswelle 35 angebrachten Ritzelrad 34 über Zähne (nicht gezeigt) an dem Ritzelrad 34 und dem Tellerrad 33. Die Zähne sind zueinander komplementär und übertragen einen Drehantrieb von dem Ritzelrad 34 zu dem Tellerrad 33. Das Ritzelrad 34 kann eine Schrägverzahnung aufweisen oder ein Kegelrad oder irgendein anderes im Stand der Technik bekanntes Zahnrad sein. Energie wird dem Ritzelrad 34 durch die Eingangswelle 35 zugeführt, die von einer Drehenergiequelle angetrieben wird, die eine Maschine eines Motorfahrzeugs (nicht gezeigt) und andere Motorfahrzeug-Transmissionskomponenten einschließt, aber nicht hierauf beschränkt ist. Die Verbindung des Tellerrads 33 mit dem Differentialgehäuse 26 führt zu einer Drehung des Differentialgehäuses 26, wenn das Tellerrad 33 durch das Ritzelrad 3 angetrieben wird.
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Wie in 1 gezeigt ist, enthält die Differentialgetriebeanordnung 27 einen Satz von Ritzelrädern 28 und einen Satz von Seitenrädern 29, 30, die in dem Differentialgehäuse 26 positioniert und drehbar gestützt sind. Andere Differentialgetriebeanordnungen, d. h. eine Differentialplanetenradanordnung, können auch in der Drehmoment-Vectoringeinheit 10 verwendet werden. Das Differentialgehäuse 26 kann sich um eine Drehachse Z zusammen mit zwei Ausgangswellen 14, 31, die koaxial zu der Drehachse Z gestützt sind, drehen. Die Seitenräder 29, 30 kämmen mit den Ritzelrädern 28. Das Seitenrad 29 ist antriebsmäßig mit einer ersten Ausgangswelle 14 gekoppelt, und das Seitenrad 30 ist antriebsmäßig mit einer zweiten Ausgangswelle 31 gekoppelt. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Ausgangswellen 14, 31 Achsenhalbwellen, die zu den Radenden (nicht gezeigt) geführt sind. Jedoch sind bei einigen Ausführungsbeispielen die Ausgangswellen 14, 31 und Achsenhalbwellen getrennte Elemente, die antriebsmäßig miteinander gekoppelt sind. Die Ritzelräder 28 sind drehbar auf einer Ritzelwelle 32, die an dem Differentialgehäuse 26 befestigt ist, gestützt.
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Die erste Ausgangswelle 14 erstreckt sich von der Differentialeinheit 40 radial auswärts zu dem Kupplungssystem 60. Das Kupplungssystem 60 enthält zwei Kupplungen 11, 12, die antriebsmäßig mit einer Zwischenwelle 13 verbunden sind. Die Zwischenwelle 13 erstreckt sich von der Ausgangswelle 14 radial auswärts. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Kupplungen 11 und 12 konzentrische Kupplungen. Die Kupplung 12 ist radial auswärts von der Ausgangswelle 14 positioniert und ist die radial innere Kupplung. Die Kupplung 11 ist direkt radial auswärts von der Kupplung 12 positioniert und ist die radial äußere Kupplung. Die Zwischenwelle 13 erstreckt sich radial von der Ausgangswelle 14 und ist mit den Kupplungen 11, 12 verbunden.
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Die Kupplung 11 ist die radial äußere Kupplung und enthält einen ersten Satz von Kupplungsplatten 15, die sich von einer ersten Kupplungsnabe 16 radial einwärts erstrecken. Die Kupplungsnabe 16 hat einen ersten sich axial erstreckenden Bereich 16a, der sich parallel zu der Z-Achse von der Zwischenwelle 13 weg erstreckt, einen ersten sich radial erstreckenden Bereich 16b, der sich von dem sich axial erstreckenden Bereich 16a einwärts erstreckt, einen zweiten sich axial erstreckenden Bereich 16c, der sich auf dem Endbereich 16b gegenüber 16a von den Kupplungen 11, 12 radial weg erstreckt, und einen zweiten sich radial erstreckenden Bereich 16d, der sich von dem Endbereich 16c gegenüber 16b radial auswärts erstreckt.
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Die Kupplung 11 enthält eine zweite Kupplungsnabe 17, die einen Satz von Kupplungsplatten 18, die sich in beiden Richtungen von der Kupplungsnabe 17 radial erstrecken, hat. Die Kupplungsnabe 17 ist radial einwärts von der Kupplungsnabe 16. Die Kupplungsplatten 18 sind für eine axiale Bewegung mit Bezug auf die Kupplungsnabe 17 befestigt. Die Kupplungsplatten 18 enthalten einen Bereich 18a, der sich von der Kupplungsnabe 17 weg radial auswärts erstreckt, und einen Bereich 18b, der sich von der Kupplungsnabe 17 weg radial einwärts erstreckt. Der erste Satz von Kupplungsplatten 15 erstreckt sich von dem Bereich 16a der Kupplungsnabe 16 radial einwärts und ist mit dem sich radial auswärts erstreckenden Bereich 18a der Kupplungsplatten verschachtelt.
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Der erste sich radial erstreckende Bereich 16a der Kupplungsnabe 15, die zweite Kupplungsnabe 17, der sich radial auswärts erstreckende Bereich 18a der Kupplungsplatten, die Kupplungsplatten 15 und die Welle 13 bilden die äußere Kupplung 11.
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Die Kupplung 12 enthält die Kupplungsnabe 17 und den sich radial einwärts erstreckenden Bereich 18b der Kupplungsplatten. Ein dritter Satz von Kupplungsplatten 19 erstreckt sich radial auswärts von einer dritten Kupplungsnabe 20. Die Kupplungsnabe 20 hat einen sich axial erstreckenden Bereich 20a, der sich axial parallel zu der Z-Achse von der Zwischenwelle 13 weg erstreckt, und einen sich radial erstreckenden Bereich 20b, der sich von dem Ende des Bereichs 20a weg radial auswärts erstreckt. Die Kupplungsplatten 19 erstrecken sich von dem sich axial erstreckenden Bereich 20a der ersten Kupplungsnabe 20 radial auswärts und sind mit dem sich radial erstreckenden Bereich 18b der Kupplungsplatten verschachtelt.
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Der sich radial erstreckende Bereich 20a der dritten Kupplungsnabe 20, die zweite Kupplungsnabe 17, der sich radial einwärts erstreckende Bereich der Kupplungsplatten 18b, die Kupplungsplatten 19 und die Welle 13 bilden die innere Kupplung 12.
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Die Kupplungsplatten 15 und 18 bilden das Kupplungspaket für die äußere Kupplung 11, und die Kupplungsplatten 18 und 19 bilden das Kupplungspaket für die innere Kupplung 12. Somit teilen sich die Kupplungen 11, 12 einen gemeinsamen Satz von Kupplungsplatten 18. Jedes der Kupplungspakete kann im Stand der Technik bekannte Kupplungsplatten enthalten. Wie in 1 gezeigt ist, enthalten die Kupplungen 11 und 12 fünf Kupplungsplatten; jedoch ist darauf hinzuweisen, dass jede Anzahl von Platten die Kupplungen 11, 12 bilden kann.
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Wie in 1 gezeigt ist, sind die Kupplungen 11 und 12 radial benachbart zueinander positioniert, derart, dass ein einzelner Aktuatormechanismus (nicht gezeigt) beide Kupplungen 11, 12 betätigen kann. Daher ist zu jedem Augenblick nur eine Kupplung 11 oder 12 in Eingriff. Der Aktuatormechanismus kann einen Aktuator, ein zusätzliches Getriebe und eine Rollen- und Rampenanordnung enthalten. Der Aktuator kann ein reversibler elektrischer Motor sein, da er kompakt und leicht steuerbar ist. Es ist darauf hinzuweisen, dass jeder andere geeignete Typ von Aktuator und Aktuatormechanismus, einschließlich hydraulischer oder pneumatischer Aktuatoren, verwendet werden kann.
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Die Getriebeanordnung enthält ein erstes Getriebe 21, ein zweites Getriebe 22, ein drittes Getriebe 24 und eine gemeinsame Welle 23. Die Getriebeanordnung 50 ist antriebsmäßig selektiv mit dem Kupplungssystem 60 und der Differentialeinheit 40 verbunden. Der zweite sich radial erstreckende Bereich 60d der ersten Kupplungsnabe 16 hat ein Zahnrad 21a, das auf dem Ende von dieser drehbar gestützt ist. Das Zahnrad 21a ist ein inneres Zahnrad, das mit einem äußeren Zahnrad 21b kämmt. Die Zahnräder 21a, 21b bilden das erste Getriebe 21. Das äußere Zahnrad 21b ist drehbar auf der gemeinsamen Welle 23 gestützt. Die Zahnräder 21a und 21b haben Zähne, die zueinander komplementär sind, und bilden einen Drehantrieb von dem äußeren Zahnrad 21b und dem inneren Zahnrad 21a.
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Der sich radial erstreckende Bereich 20b der dritten Kupplungsnabe 20 hat ein inneres Zahnrad 22a, das drehbar auf deren Ende gestützt ist. Das Zahnrad 22a ist ein inneres Zahnrad, das mit einem äußeren Zahnrad 22b kämmt. Die Zahnräder 22a, 22b bilden das zweite Getriebe 22. Das äußere Zahnrad 22b ist drehbar auf der gemeinsamen Welle 23 gestützt. Die externen Zahnräder 22b und 21b können unabhängig voneinander gedreht werden. Die Zahnräder 22a, 22b haben Zähne, die einander komplementär sind, und ergeben einen Drehantrieb von dem äußeren Zahnrad 22b und dem inneren Zahnrad 22a. Das Getriebe 22 ist axial benachbart dem Getriebe 21. Die gemeinsame Welle 24 ist radial auswärts der Ausgangswelle 14.
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Das dritte Getriebe 24 enthält ein inneres Zahnrad 24a und ein äußeres Zahnrad 24b. Die Zahnräder 24a, 24b haben Zähne, die zueinander komplementär sind, und ergeben einen Drehantrieb von dem äußeren Zahnrad 24b und dem inneren Zahnrad 24a. Die äußeren Zahnräder 21b, 22b und 24b sind auf der gemeinsamen Welle 23 gestützt und können unabhängig voneinander gedreht werden.
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Das dritte Getriebe 24 ist dem zweiten Getriebe 22 axial benachbart. Das innere Zahnrad 24a ist drehbar an dem Ende eines sich radial erstreckenden Flansches 25 angebracht. Der Flansch 25 erstreckt sich von dem Differentialgehäuse 26, das die Differentialgetriebeanordnung 27 aufnimmt. Somit ist das dritte Getriebe 24 antriebsmäßig mit dem Differentialgehäuse 26 verbunden. Das Differentialgehäuse 26 erstreckt sich parallel zu der Ausgangswelle 14 axial von der Differentialgetriebeanordnung 27 weg zu den Kupplungen 11, 12.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Position der Getriebe 22 und 24 derart variieren, dass das Getriebe 24 benachbart dem Getriebe 21 und zwischen den Getrieben 21 und 22 ist.
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Das erste Getriebe 21 hat einen gegebenen Mittenabstand, das zweite Getriebe hat einen gegebenen Mittenabstand, und das dritte Getriebe hat einen gegebenen Mittenabstand. Bei einigen Ausführungsbeispielen haben das erste und das zweite Getriebe 21, 22 den gleichen Mittenabstand mit einem hohen Untersetzungsverhältnis. Weiterhin haben bei einigen Ausführungsbeispielen das erste und das vierte Getriebe 21, 23 den gleichen Mittenabstand mit einem niedrigen Untersetzungsverhältnis. Die Wahl vieler Getriebekombinationen ist ohne Änderung dieses gemeinsamen Mittenabstands möglich, wodurch ein weiter Bereich von Geschwindigkeitsverhältnissen erhalten wird. Die Größe und die Anzahl von Zähnen bei jedem Zahnrad ergibt die Getriebeverhältnisse. Die Anzahl von Zähnen bei den Getrieben 21, 22 und 24 kann in den Verhältnissen 42 × 57, 29 × 44 bzw. 74 × 89 sein. Ein anderes Beispiel ist 43 × 57, 30 × 44, 75 × 89. Zusätzlich 44 × 47, 31 × 44, 76 × 89. Eine große Anzahl von möglichen Zahnzahlen kann verwendet werden, wodurch eine große Anzahl von Auswahlmöglichkeiten für Zahnverhältnisse besteht, um räumlichen Beschränkungen des Fahrzeugs zu genügen.
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Die Anzahl von Zähnen kann auch das maximale Überdrehzahlverhältnis von Rad und Differential bestimmen. Beispielsweise können Überdrehzahlverhältnisse von 11,8%, 10,6% bzw. 9,6% unter Verwendung der vorgenannten Zahnzahlen erzielt werden. Eine große Anzahl von möglichen Zahnzahlen kann verwendet werden, um eine große Auswahl von Überdrehzahlverhältnissen zu erhalten, so dass verschiedenen Fahrzeugbeschränkungen genügt werden kann.
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Der Aktuator und somit eine Operation der Drehmoment-Vectoringeinheit 10 können durch eine elektronische Steuereinheit (nicht gezeigt) gesteuert werden. Auf der Grundlage einer Bewertung von Bedingungen gemäß zumindest einem Fahrzeugparameter, wie Radgeschwindigkeiten, aber nicht hierauf beschränkt, steuert die elektronische Steuereinheit den Aktuator, um die Kupplungen 11, 12 selektiv in Eingriff zu bringen, um effektiv von den Ausgangswellen 14, 31 zu übertragen.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass während des Betriebs eines Motorfahrzeugs ein an der Ausgangswelle 14 angebrachtes Rad sich schneller als ein an der Ausgangswelle 31 angebrachtes Rad drehen kann. Durch Betätigung der äußern Kupplung 11 ist das erste Getriebe 21 antriebsmäßig mit der gemeinsamen Welle 23 verbunden. Das Drehmoment kann dazu gezwungen werden, von der Ausgangswelle 14 durch die Kupplung 11 und die Getriebe 21 und 23 zu dem Differentialgehäuse 26 übertragen zu werden. Das Differentialgehäuse 26 ist antriebsmäßig mit der Differentialgetriebeanordnung verbunden und kann das Drehmoment zu dem an der Ausgangswelle 31 angebrachten langsameren Rad vorspannen. Durch Vorspannen des Drehmoments zu dem an der Ausgangswelle 31 angebrachten langsameren Rad erzeugt die Drehmoment-Vectoringeinheit 10 ein Untersteuerungs-Giermoment. Die Drehmomentdifferenz zwischen den Ausgangswellen 14, 31 entspricht dem auf die Kupplung 11 ausgeübten Drehmoment.
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Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass während des Betriebs eines Motorfahrzeugs ein an der Ausgangswelle 14 angebrachtes Rad sich schneller als ein an der Ausgangswelle 31 angebrachtes Rad drehen kann. Durch Betätigen der inneren Kupplung 12 wird das zweite Getriebe 22 antriebsmäßig mit der gemeinsamen Welle 23 verbunden. Das Drehmoment kann dazu gezwungen werden, durch die Kupplung 12 von dem dritten Getriebe 24 zu dem zweiten Getriebe 22 und zu der Ausgangswelle 14 übertragen zu werden. Durch Vorspannen des Drehmoments zu dem an der Ausgangswelle 14 angebrachten schnelleren Rad erzeugt die Drehmoment-Vectoringeinheit 10 ein Übersteuerungs-Giermoment.
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Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass während des Betriebs eines Motorfahrzeugs ein an der Ausgangswelle 14 angebrachtes Rad sich langsamer als ein an der Ausgangswelle 31 angebrachtes Rad drehen kann. Durch Betätigen der inneren Kupplung 12 ist das zweite Getriebe 22 antriebsmäßig mit der gemeinsamen Welle 23 verbunden. Das Drehmoment kann dazu gezwungen werden, von dem dritten Getriebe 24 zu dem zweiten Getriebe 22 und durch die Kupplung 12 zu der Ausgangswelle 14 übertragen zu werden. Durch Vorspannen des Drehmoments zu dem an der Ausgangswelle 14 angebrachten, langsameren Rad erzeugt die Drehmoment-Vectoringeinheit 10 ein Untersteuerungs-Giermoment.
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Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass während des Betriebs eines Motorfahrzeugs ein an der Ausgangswelle 14 angebrachtes Rad sich langsamer als ein an der Ausgangswelle 31 angebrachtes Rad drehen kann. Durch Betätigen der äußeren Kupplung 11 wird das erste Getriebe 21 antriebsmäßig mit der gemeinsamen Welle 23 verbunden. Das Drehmoment kann dazu gezwungen werden, von dem ersten Getriebe 21 zu dem dritten Getriebe 24 und zu dem Differentialgehäuse 26 übertragen zu werden. Das Differentialgehäuse 26 ist antriebsmäßig mit der Differentialgetriebeanordnung verbunden und kann das Drehmoment zu dem an der Ausgangswelle 31 angebrachten, schnelleren Rad vorspannen. Durch Vorspannen des Drehmoments zu dem an der Ausgangswelle 31 angebrachten schnelleren Rad erzeugt die Drehmoment-Vectoringeinheit 10 ein Übersteuerungs-Giermoment.
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Gemäß den Vorschriften des Patentrechts wurde die vorliegende Erfindung als das beschrieben, was als ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele darstellend angesehen wird. Jedoch ist festzustellen, dass die Erfindung in anderer Weise ausgeübt werden kann als das, was spezifisch illustriert und beschrieben wurde, ohne ihren Geist oder Bereich zu verlassen.
