DE102017220667A1

DE102017220667A1 - Multi-mode antriebsstrang für arbeitsfahrzeuge zur selektiven leistungsverteilung zwischen achsen

Info

Publication number: DE102017220667A1
Application number: DE102017220667.5A
Authority: DE
Inventors: Jeffrey L. Lubben; Mark W. Freudenberg; Viresh Hitanalli
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2017-01-19
Filing date: 2017-11-20
Publication date: 2018-07-19
Also published as: US20180201127A1; US10207581B2; CN108327524A

Abstract

Ein Arbeitsfahrzeug umfasst eine Multi-Mode-Leistungsverteilungsanordnung, die selektiv Leistung von einer Antriebswelle zwischen einer ersten Achse und einer zweiten Achse verteilt. Die Leistungsverteilungsanordnung umfasst eine Vielzahl von Kupplungen, von denen jede zwischen einer eingerasteten Position und einer gelösten Position bewegbar ist. Die Leistungsverteilungsanordnung umfasst eine erste Betriebsart, eine zweite Betriebsart und eine dritte Betriebsart. In einigen Ausführungsformen kann dir erste Betriebsart ein Vierradantriebsmodus sein, dir zweite Betriebsart kann ein Allradantriebsmodus sein, und dir dritte Betriebsart kann ein Overdrive-Modus sein. Auch kann ein Parkmodus bereitgestellt sein, bei dem die Kupplungen in der eingerasteten Position sind.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE PATENTANMELDUNGEN
Nicht zutreffend.
ANGABE ÜBER STAATLICH GEFÖRDERTE FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG
Nicht zutreffend.
GEBIET DER OFFENBARUNG
Diese Offenbarung betrifft einen Multi-Mode-Antriebsstrang und insbesondere einen Multimode-Antriebsstrang für ein Arbeitsfahrzeug, das konfiguriert ist, um eine selektive Leistungsverteilung zwischen mehreren Achsen bereitzustellen.
HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
Arbeitsfahrzeuge können für die Arbeit in einer Vielzahl von Bedingungen vorgesehen sein. Zum Beispiel werden Traktoren und andere Arbeitsfahrzeuge oft bei niedrigen Geschwindigkeiten auf schlammigen, vereisten oder anderweitig rutschigen Bodenoberflächen gefahren. Die gleichen Arbeitsfahrzeuge können zu anderen Zeiten auf gepflasterten Straßen, auf festen Bodenflächen oder auf anderen Bodenflächen mit guter Haftung bei höheren Geschwindigkeiten gefahren werden. In einigen Fällen kann der Antriebsstrang des Arbeitsfahrzeugs zum Fahren in einem Zustand wirksam sein, jedoch in einem anderen Zustand weniger effektiv sein. Genauer gesagt können Einschränkungen in dem Antriebsstrang bewirken, dass die Räder in einigen Zuständen die Traktion verlieren, und/oder Schwächen des Antriebsstrangs können die Kraftstoffeinsparung für das Arbeitsfahrzeug unter anderen Bedingungen verschlechtern.
Auch können viele Antriebsstränge relativ komplex sein und/oder eine große Anzahl von Teilen umfassen. Somit kann der Antriebsstrang viel Platz einnehmen, das Gewicht des Fahrzeugs erhöhen und schwierig herzustellen und zusammenzubauen sein.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Diese Offenbarung stellt eine Multi-Mode-Leistungsverteilungsanordnung für ein Arbeitsfahrzeug bereit.
In einem Aspekt stellt die Offenbarung ein Arbeitsfahrzeug bereit, das ein Triebwerk umfasst, das konfiguriert ist, um Leistung zum Drehen einer Antriebswelle, einer ersten Achse und einer zweiten Achse zu erzeugen. Das Arbeitsfahrzeug enthält ferner eine Leistungsverteilungsanordnung mit einer Vielzahl von Modi. Die Leistungsverteilungsanordnung ist konfiguriert, um selektiv Leistung von der Antriebswelle zwischen der ersten Achse und der zweiten Achse in die Vielzahl von Modi zu verteilen. Die Leistungsverteilungsanordnung umfasst eine Vielzahl von Kupplungen, von denen jede zwischen einer eingerasteten Position und einer gelösten Position bewegbar ist. Die Vielzahl von Kupplungen umfasst mindestens eine Kupplung, die konfiguriert ist, um zwischen der jeweiligen eingerasteten Position und der jeweiligen gelösten Position zu wechseln, um die Leistungsverteilungsanordnung selektiv zwischen der Vielzahl von Modi zu wechseln. Die Leistungsverteilungsanordnung umfasst auch ein Planetengetriebe, das eine erste Komponente, eine zweite Komponente und eine dritte Komponente umfasst. Die Vielzahl von Modi umfasst einen ersten Modus, einen zweiten Modus und einen dritten Modus. In der ersten Betriebsart ist die Leistung von der Antriebswelle so konfiguriert, dass sie in die erste Komponente eingegeben und an die zweite und dritte Komponente weitergeleitet wird zu Übertragung an die erste Achse und die zweite Achse. Die erste und die zweite Achse sind miteinander verbunden zur Drehung in einem festen Drehzahlverhältnis in der ersten Betriebsart. In der zweiten Betriebsart ist die Leistung von der Antriebswelle konfiguriert, um in die erste Komponente eingegeben zu werden, und ist zwischen der zweiten und der dritten Komponente aufgeteilt zur Bereitstellung an die erste Achse und die zweite Achse. Die erste und die zweite Achse sind konfiguriert zur Drehung mit einem variierenden Drehzahlverhältnis in der zweiten Betriebsart. In der dritten Betriebsart ist die Leistung von der Antriebswelle so konfiguriert, dass sie über ein Eingangselement in die erste Komponente eingegeben wird, über die zweite Komponente an die erste Achse ausgegeben und daran gehindert wird, über die dritte Komponente zu der zweiten Achse übertragen zu werden. In der dritten Betriebsart ist eine Eingangsdrehzahl des Eingangsglieds kleiner als eine Ausgangsdrehzahl der zweiten Achse.
In einem anderen Aspekt stellt die Offenbarung ein Verfahren zum Betreiben einer Multi-Mode-Leistungsverteiiungsanordnung bereit, die eine Vielzahl von Kupplungen und ein Planetengetriebe umfasst. Die Kupplungen sind unabhängig voneinander bewegbar zwischen einer eingerasteten Position und einer gelösten Position. Das Planetengetriebe umfasst eine erste Komponente, eine zweite Komponente und eine dritte Komponente. Das Verfahren umfasst das Wechseln der Leistungsverteilungsanordnung zwischen einem ersten Modus, einem zweiten Modus und einem dritten Modus durch Bewegen von zumindest einer der Vielzahl von Kupplungen zwischen der eingerasteten Position und der gelösten Position. Das Verfahren umfasst auch das Betreiben der Leistungsverteilungsanordnung in der ersten Betriebsart, wobei Leistung von einer Antriebswelle in die erste Komponente eingegeben und an die zweiten und dritten Komponenten zur Übertragung an eine erste Achse und eine zweite Achse weitergeleitet wird. Die erste und die zweite Achse sind miteinander verbunden zur Drehung in einem festen Drehzahlverhältnis in der ersten Betriebsart. Das Verfahren umfasst auch das Betreiben der Leistungsverteilungsanordnung in dem zweiten Modus, wobei Leistung von der Antriebswelle in die erste Komponente eingegeben und zwischen der zweiten und der dritten Komponente aufgeteilt wird zur Bereitstellung an die erste Achse und die zweite Achse. Die erste und die zweite Achse sind konfiguriert zur Drehung mit einem variierenden Drehzahlverhältnis in der zweiten Betriebsart. Das Verfahren umfasst zusätzlich das Betreiben der Leistungsverteilungsanordnung in der dritten Betriebsart, wobei Leistung von der Antriebswelle in ein Eingangsglied der Leistungsverteilungsanordnung eingegeben wird zur Drehung der ersten Komponente und über die zweite Komponente an die erste Achse ausgegeben wird. Es wird verhindert, dass die Leistung von der Antriebswelle über die dritte Komponente in der dritten Betriebsart an die zweite Achse übertragen wird. Eine Eingangsdrehzahl des Eingangsglieds ist kleiner als eine Ausgangsdrehzahl der zweiten Achse in der dritten Betriebsart.
Die Einzelheiten einer oder mehrerer Ausführungsformen sind in den beigefügten Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung ausgeführt. Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen.
Figurenliste

1 ist eine Seitenansicht eines Arbeitsfahrzeugs mit einer Leistungsverteilungsanordnung der vorliegenden schematisch dargestellten Offenbarung;
2 ist eine schematische Ansicht der Leistungsverteilungsanordnung gemäß einer Beispiel-Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
3 ist eine schematische Ansicht des Leistungsflusses durch die Leistungsverteilungsanordnung aus 2 in einem ersten Übertragungsmodus;
4 ist eine schematische Ansicht des Leistungsflusses durch die Leistungsverteilungsanordnung aus 2 in einem zweiten Übertragungsmodus;
5 ist eine schematische Ansicht des Leistungsflusses durch die Leistungsverteilungsanordnung aus 2 in einem dritten Übertragungsmodus;
6 ist eine schematische Ansicht der Leistungsverteilungsanordnung gemäß einer zusätzlichen Beispiel-Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
7 ist eine schematische Ansicht des Leistungsflusses durch die Leistungsverteilungsanordnung aus 6 in einem ersten Übertragungsmodus;
8 ist eine schematische Ansicht des Leistungsflusses durch die Leistungsverteilungsanordnung aus 6 in einem zweiten Übertragungsmodus; und
9 ist eine schematische Ansicht des Leistungsflusses durch die Leistungsverteilungsanordnung aus 6 in einem dritten Übertragungsmodus.

Gleiche Referenzsymbole in den verschiedenen Zeichnungen bezeichnen gleiche Elemente.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Das Folgende beschreibt eine oder mehr Beispiel-Ausführungsformen der offenbarten Leistungsverteilungsanordnung, wie in den beigefügten Figuren der oben kurz beschriebenen Zeichnungen dargestellt. Verschiedene Modifikationen an den Beispiel-Ausführungsformen können von einem Fachmann in Betracht gezogen werden.
Wie hier verwendet, wenn nicht anders eingeschränkt oder modifiziert, geben Listen mit Elementen, die durch konjunktive Begriffe getrennt sind (beispielsweise „und“) und denen den Ausdruck „ein oder mehrere von“ oder „mindestens eine(r) von“ vorausgeht, Konfigurationen oder Anordnungen an, die möglicherweise einzelne Elemente der Liste oder eine beliebige Kombination davon enthalten. Zum Beispiel geben „mindestens einer von A, B und C“ oder „eine oder mehr von A, B und C“ die Möglichkeiten an von nur A, nur B, nur C oder eine beliebige Kombination von zwei oder mehr von A, B und C (z. B. A und B, B und C, A und C oder A, B und C).
Weiterhin können beim Beschreiben der Offenbarung Richtungsausdrücke wie „vorwärts“, „rückswärts“, „seitlich“, „horizontal“ und „vertikal“ verwendet werden. Solche Begriffe werden definiert, zumindest teilweise, in Bezug auf die Richtung, in der sich das Fahrzeug oder Gerät während der Benutzung bewegt. Der Begriff „vorwärts“ und der abgekürzte Begriff „vorne“ (und alle Ableitungen und Varianten) beziehen sich auf eine Richtung, die der Fahrtrichtung des Arbeitsfahrzeugs entspricht, während der Begriff „rückwärts“ (und Ableitungen und Varianten) sich auf eine entgegengesetzte Richtung bezieht. Der Begriff „Vorwärts-Rückwärts-Achse“ kann sich auch auf eine Achse beziehen, die sich in Vorwärts- und Rückwärtsrichtungen erstreckt. Im Vergleich dazu kann sich der Begriff „Querachse“ auf eine Achse beziehen, die senkrecht zur Vorwärts-Rückwärts-Achse ist und sich in einer horizontalen Ebene erstreckt; d. h. eine Ebene, die sowohl die Vorwärts-Rückwärts- als auch die Querachsen umfasst. Der Begriff „vertikal“, wie er hier erscheint, bezieht sich auf eine Achse oder eine Richtung senkrecht zu der horizontalen Ebene, die die Vorwärts-Rückwärts-Achsen und die Querachsen enthält.
In der folgenden Erörterung werden verschiedene beispielhafte Konfigurationen von Wellen, Zahnrädern und anderen Leistungsübertragungselementen beschrieben. Es versteht sich, dass andere Konfigurationen möglich sind im Sinne dieser Offenbarung. Zum Beispiel können verschiedene Konfigurationen mehrere Wellen anstelle einer einzigen Welle (oder einer einzigen Welle anstelle von mehreren Wellen) verwenden, können ein oder mehrere Leerlaufräder zwischen verschiedenen Wellen oder Zahnrädern für die Übertragung von Drehkraft usw. zwischenschalten.
Zur Übersichtlichkeit der Begriffe kann „Komponente“ hier verwendet werden, insbesondere im Zusammenhang mit einem Planetengetriebe, um ein Element zur Übertragung von Leistung anzugeben, wie beispielsweise ein Sonnenrad, ein Hohlrad oder eine Vielzahl von Planetengetrieben, verbunden durch einen Träger. Auch kann der Begriff „zwischen“ in Bezug auf eine bestimmte Abfolge oder Reihenfolge von Leistungsübertragungselementen verwendet werden, anstatt in Bezug auf die physikalische Ausrichtung oder Anordnung der Elemente. Beispielsweise kann eine Kupplungsvorrichtung als „zwischen“ einem Motor und einer Ausgangskomponente befindlich angesehen werden, wenn Leistung über die Kupplungsvorrichtung zu der Ausgangskomponente geleitet wird, unabhängig davon, ob sich der Motor und die Ausgangskomponente auf physikalisch gegenüberliegenden Seiten der Kupplungsvorrichtung befinden oder nicht.
Zusätzlich werden verschiedene drehbare Teile (z. B. Zahnräder, Wellen, Kupplungselemente usw.) erörtert. Zur Übersichtlichkeit der Begriffe werden zwei drehbare Teile als „miteinander verbunden zur Drehung“, „drehfest“ und dergleichen angesehen, wenn diese Teile aneinander befestigt sind, um sich als eine Einheit in einem festen Drehzahlverhältnis (z. B. einem festen 1:1 Verhältnis oder einem anderen festen Verhältnis) zu drehen. Außerdem werden zwei drehbare Teile als „zur Drehung zusammengekoppelt“, „zur Drehung gekoppelt“ und dergleichen angesehen, wenn diese Teile angebracht sind, um sich zusammen zu drehen, aber nicht notwendigerweise in einem festen Drehzahlverhältnis.
Das Folgende beschreibt eine oder mehr Beispiel-Implementierungen einer Leistungsverteilungsanordnung für ein Arbeitsfahrzeug, wie in den beigefügten Figuren dargestellt. Die offenbarte Leistungsverteilungsanordnung, ihre Betriebsweise und die damit verbundenen unterschiedlichen Arbeitsfahrzeuge stellen eine selektive Leistungsübertragung zwischen mehreren Achsen des Arbeitsfahrzeugs bereit. Die Leistungsverteilungsanordnung hat mehrere Betriebsarten für unterschiedliche Arbeits- und Fahrbedingungen im Vergleich zu herkömmlichen Systemen. Durch Wechseln zwischen verschiedenen Modi können Leistung und Drehmoment entlang verschiedener Pfade durch die Anordnung fließen, zur Bereitstellung an eine oder mehrere der Achsen. Außerdem kann mindestens eine Betriebsart im Vergleich zu herkömmlichen Systemen eine erhöhte Kraftstoffersparnis bereitstellen. Zusätzlich kann die Leistungsverteilungsanordnung relativ kompakt sein und kann eine relativ niedrige Teilezahl aufweisen. Dementsprechend kann die Anordnung bestimmte Fertigungseffizienzen bereitstellen.
Im Allgemeinen kann das Arbeitsfahrzeug ein Triebwerk umfassen, wie beispielsweise einen Motor, der Leistung erzeugt und eine Antriebswelle dreht. Leistung von der Antriebswelle kann an die Leistungsverteilungsanordnung geleitet werden. Die Leistungsverteilungsanordnung kann eine Vielzahl von Kupplungen umfassen. Die Kupplungen können bewegbar sein zwischen einer eingerasteten Position und einer gelösten Position. Durch Ändern von mindestens einer Kupplung zwischen ihrer eingerasteten Position und ihrer gelösten Position kann die Betriebsart der Leistungsverteilungsanordnung geändert werden. Des Weiteren kann die Leistungsverteilungsanordnung ein Planetengetriebe umfassen. Von der Antriebswelle fließende Leistung kann auf verschiedene Arten durch das Planetengetriebe verteilt werden zur Übertragung auf eine Hinterachse und/oder eine Vorderachse des Arbeitsfahrzeugs in Abhängigkeit von der aktuellen Einstellung der Betriebsart.
In einigen Ausführungsformen kann eine Betriebsart der Leistungsverteilungsanordnung effektiv eine Vorderachse und eine Hinterachse für eine Drehung derart miteinander verbinden, dass Leistung von der Antriebswelle die Vorder- und die Hinterachse in einem festen Drehzahlverhältnis zusammen dreht. Diese erste Betriebsart kann in einigen Ausführungsformen einen Vierradantriebsmodus definieren. Zusätzlich kann eine andere Betriebsart ermöglichen, dass Leistung von der Antriebswelle auf die Vorderachse und die Hinterachse übertragen wird, jedoch mit einem variierenden Drehzahlverhältnis. Diese zweite Betriebsart kann in einigen Ausführungsformen einen Allradantriebsmodus definieren. Ferner kann in einigen Ausführungsformen eine andere Betriebsart ermöglichen, dass Leistung von der Antriebswelle nur zu einer der Achsen übertragen wird, wobei die Eingangsdrehzahl zu der Leistungsverteilungsanordnung geringer ist als die Ausgangsdrehzahl von der Leistungsverteilungsanordnung (d. h. eine Overdrive-Betriebsart)...
Darüber hinaus kann die Leistungsverteilungsanordnung in einigen Ausführungsformen einen Parkmodus für das Arbeitsfahrzeug bereitstellen. In einigen Ausführungsformen kann der Parkmodus durch Einrasten jeder der Kupplungen erreicht werden. In dieser Hinsicht können die Kupplungen in Richtung der eingerasteten Position gespannt sein. Um in den Parkmodus zu gelangen, können Kräfte, die verwendet werden, um die Kupplungen zu lösen, reduziert werden, was es den Rückstellkräften ermöglicht, die Kupplungen einzurasten und das Fahrzeug zu parken.
Diese Merkmale können ein hohes Maß an Vielseitigkeit für das Arbeitsfahrzeug bereitstellen. Zum Beispiel können die verschiedenen Modi es dem Arbeitsfahrzeug ermöglichen, unter einer Vielzahl von Arbeitsbedingungen effektiv zu funktionieren. Außerdem kann mindestens eine Betriebsart die Kraftstoffersparnis bei dem Arbeitsfahrzeug steigern.
Zusätzlich kann die Leistungsverteilungsanordnung relativ kompakt sein und/oder die Teilezahl kann relativ niedrig sein.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden nun eine oder mehrere Beispiel-Implementierungen eines Arbeitsfahrzeugs mit einer Leistungsverteilungsanordnung zum Verteilen von Leistung zwischen einer ersten Achse und einer zweiten Achse beschrieben. Während ein Traktor hier als beispielhaftes Arbeitsfahrzeug veranschaulicht und beschrieben wird, erkennt ein Fachmann, dass die Prinzipien der Leistungsverteilungsanordnung und ihre Betriebsweise leicht zur Nutzung in anderen Arten von Arbeitsfahrzeugen angepasst werden können.
1 zeigt ein Arbeitsfahrzeug 100, wie beispielsweise einen Traktor 102, mit einem Fahrgestell 104 und einer Fahrerkabine 106, gestützt von dem Fahrgestell 104. Das Arbeitsfahrzeug 100 kann weiterhin ein Triebwerk wie einen Motor 108 umfassen, der schematisch dargestellt ist in 1 und 2.
In einigen Ausführungsformen kann der Motor 108 ein interner Verbrennungsmotor 108 sein, wie zum Beispiel ein Dieselmotor zum Erzeugen von mechanischer Energie und zum Drehen einer Antriebswelle 109. In anderen Ausführungsformen kann der Antrieb des Fahrzeugs 100 einen Elektromotor anstelle des Motors 108 umfassen. In zusätzlichen Ausführungsformen kann das Fahrzeug 100 mehrere Triebwerke umfassen (z. B. einen Verbrennungsmotor mit einem betriebsfähigen angeschlossenen Elektromotor), die die Antriebswelle 109 drehen.
Die Antriebswelle 109 kann wirksam mit einem Getriebe 110 verbunden sein. Das Getriebe 110 kann eine Kardanwelle 124 beinhalten. Das Getriebe 110 kann eine Schaltung mit einer Vielzahl von Gängen umfassen, die in mindestens einem Getriebezug angeordnet sind, der sich zwischen der Antriebswelle 109 und der Kardanwelle 124 erstreckt und ein vorbestimmtes Übersetzungsverhältnis aufbringt, wenn von dem Motor 108 übertragene Leistung übertragen wird. Dementsprechend können Drehkraft und Drehmoment von der drehenden Antriebswelle 109 in das Getriebe 110 eingegeben werden, das Getriebe 110 kann das vorbestimmte Übersetzungsverhältnis anwenden und das Getriebe 110 kann die Leistung über die Kardanwelle 124 ausgeben.
Das Fahrzeug 100 kann zusätzlich eine Hinterachse 112 und eine Vorderachse 114 umfassen. Eine Vielzahl von Hinterrädern 116 (von denen eines in 1 gezeigt wird), kann an der Hinterachse 112 montiert sein. Eine Vielzahl von Vorderrädern 118 (von denen eines in 1 gezeigt wird), kann an der Vorderachse 114 montiert sein. In 2 sind die Hinterachse 112 und die Vorderachse 114 schematisch dargestellt. Die Räder 116, 118 können Traktion auf einer Bodenfläche 120 bereitstellen. In einigen Ausführungsformen können die Vorderachse 114 und die Vorderräder 118 relativ zu dem Fahrgestell 104 lenkbar sein (d. h. konfiguriert, um sich zum Lenken des Fahrzeugs 100 während einer Fahrt über die Bodenfläche 120 zu drehen).
Darüber hinaus kann das Arbeitsfahrzeug 100 eine Leistungsverteilungsanordnung 122 umfassen. Die Leistungsverteilungsanordnung 122 kann verschiedene Zahnräder, Wellen und andere Merkmale aufweisen, die nachstehend detailliert gemäß Beispiel-Ausführungsformen erörtert werden. Im Allgemeinen kann die Leistungsverteilungsanordnung 122 vom Motor 108 erzeugte Leistung empfangen und diese Leistung zwischen der Hinterachse 112 und der Vorderachse 114 verteilen. Die Leistungsverteilungsanordnung 122 kann eine Vielzahl von unterschiedlichen Modi aufweisen. Die Leistungsverteilungsanordnung 122 kann Leistung zwischen der Hinter- und der Vorderachse 112, 114 unterschiedlich verteilen, abhängig von der aktuellen Betriebsweise der Leistungsverteilungsanordnung 122. Dementsprechend kann die Leistungsverteilungsanordnung 122 eine selektive Leistungsverteilung zwischen der Hinter- und der Vorderachse 112, 114 bereitstellen.
In einigen Ausführungsformen kann die Leistungsverteilungsanordnung 122 eine Vielzahl von Kupplungen umfassen. In der Ausführungsform von 2 beispielsweise kann die Leistungsverteilungsanordnung 122 eine erste Kupplung 126, eine zweite Kupplung 128 und eine dritte Kupplung 130 umfassen. In der veranschaulichten Ausführungsform kann die erste Kupplung 126 als eine „Direktkupplung“ bezeichnet werden, die zweite Kupplung 128 kann als eine Overdrive-Kupplung (O/D) bezeichnet werden, und die dritte Kupplung 130 kann als eine mechanische Vorderradantriebs-Kupplung (MFWD) bezeichnet werden.
Jede Kupplung 126, 128, 130 kann eine Vielzahl von Gliedern aufweisen (z. B. abwechselnd angeordnete Kupplungsscheiben, Reibungsplatten usw.), die konfiguriert sind, um eingerastet und abwechselnd gelöst zu werden. Wenn diese Glieder eingerastet sind (d. h. die Kupplung befindet sich in der eingerasteten Position), können Leistung und Drehmoment durch die Kupplung übertragen werden. Umgekehrt können Leistung und Drehmoment daran gehindert werden, durch die Kupplung zu übertragen, wenn diese Glieder gelöst sind (d. h. die Kupplung befindet sich in der gelösten Stellung).
Die Kupplungen 126, 128, 130 können auf irgendeine geeignete Weise (zwischen den eingerasteten und gelösten Positionen) betätigt werden. Zum Beispiel können die Kupplungen 126, 128, 130 hydraulisch betätigt, pneumatisch betätigt, durch einen Elektromotor betätigt oder anderweitig betätigt werden.
In einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere der Kupplungen 126, 128, 130 in Richtung der eingerasteten Position ausgerichtet sein, und die Kupplung(en) kann bzw. können zum Lösen positiv betätigt werden. In einigen Ausführungsformen kann zum Beispiel jede der Kupplungen 126, 128, 130 in Richtung der eingerasteten Position federvorgespannt sein und kann individuell betätigt werden (über Hydraulik, Pneumatik, Motoren usw.), um die Kupplungen 126, 128, 130 in die jeweilige gelöste Position gegen die Vorspannkraft zu bewegen.
Wie erörtert wird, kann die Vielzahl von Kupplungen 126, 128, 130 gemeinsam eine Vielzahl von Kupplungsanordnungen definieren. In einer Kupplungsanordnung können einige der Kupplungen 126, 128, 130 eingerastet sein, während andere gelöst sind, und um die Kupplungsanordnung zu verändern, wird mindestens eine Kupplung zwischen ihrer jeweiligen eingerasteten Position und ihrer jeweiligen gelösten Position gewechselt. Durch Ändern der Kupplungsanordnung kann die Betriebsart der Leistungsverteilungsanordnung 122 selektiv geändert werden, wie nachstehend ausführlicher erörtert.
Das Fahrzeug 100 kann zusätzlich eine Kardanwelle 131 beinhalten. Das Steuersystem 131 kann zum Steuern verschiedener Komponenten des Fahrzeugs 100 konfiguriert sein. Zum Beispiel kann das Steuersystem 131 zum Steuern der Betätigung der Kupplungen 126, 128, 130 konfiguriert sein. Im Falle von hydraulisch betätigten Kupplungen 126, 128, 130 kann das Steuersystem 131 mit einer oder mehreren Pumpen in Verbindung stehen, und der Strom von den Pumpen kann durch verschiedene Steuerventile über verschiedene Leitungen (z. B. flexible Schläuche) geleitet werden, um die Kupplungen 126, 128, 130 zu betätigen. In zusätzlichen Ausführungsformen kann das Steuersystem 131 als eine Rechenvorrichtung mit zugeordneten Prozessoreinrichtungen und Speicherarchitekturen, als ein fest verdrahteter Rechenschaltkreis (oder Schaltkreise), als ein programmierbarer Schaltkreis, als eine hydraulische, elektrische oder elektrohydraulische Steuerung oder eine andere konfiguriert sein. Somit kann das Steuersystem 131 konfiguriert sein, um verschiedene Berechnungs- und Steuerfunktionalität in Bezug auf die Kupplungen 126, 128, 130 auszuführen. In einigen Ausführungsformen kann das Steuersystem 131 konfiguriert sein, Eingangssignale in verschiedenen Formaten (z. B. als hydraulische Signale, Spannungssignale, Stromsignale usw.) zu empfangen und Befehlssignale in verschiedenen Formaten (z. B. als hydraulische Signale, Spannungssignale, Stromsignale, mechanische Bewegungen usw.) auszugeben. In einigen Ausführungsformen kann das Steuersystem 131 (oder ein Teil davon) als eine Anordnung von Hydraulikkomponenten (z. B. Ventile, Strömungsleitungen, Kolben und Zylinder usw.) konfiguriert sein, so dass die Steuerung verschiedener Vorrichtungen (z. B. Pumpen oder Motoren) mit hydraulischen, mechanischen oder anderen Signalen und Bewegungen ausgeführt werden oder darauf basieren können. Das Steuersystem 131 kann somit Steuersignale an die Aktuatoren senden, um die Position der Kupplungen 126, 128, 130 zu ändern und zu steuern. Mit anderen Worten kann das Steuersystem 131 steuern, ob sich eine oder mehrere der Kupplungen 126, 128, 130 in der jeweiligen eingerasteten Position oder in der jeweiligen gelösten Position befinden.
Es versteht sich, dass das Steuersystem 131 auch Steuersignale an den Motor 108, ein Gaspedal, ein Bremssystem und dergleichen senden kann zum Ändern der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100. Darüber hinaus kann das Steuersystem 131 Steuersignale an ein Lenksystem senden, das beispielsweise mit der Vorderachse 114 und den Vorderrädern 118 verbunden ist, um die Lenkrichtung des Fahrzeugs 100 zu ändern.
Das Steuersystem 131 kann in elektronischer, hydraulischer, mechanischer oder anderer Kommunikation mit den Kupplungen 126, 128, 130 und/oder anderen Systemen oder Vorrichtungen des Fahrzeugs 100 sein. Das Steuersystem 131 kann auf verschiedene bekannte Weisen mit anderen Systemen oder Vorrichtungen des Fahrzeugs 100 kommunizieren, einschließlich über einen CAN-Bus (nicht gezeigt) des Fahrzeugs 100, über drahtlose Kommunikation, hydraulische Kommunikationsmittel oder auf andere Weise.
Die Leistungsverteilungsanordnung 122 kann einen oder mehr Getriebezüge beinhalten, die konfiguriert sind, um verschiedene Leistungsflusspfade zu der Hinterachse 112 und der Vorderachse 114 bereitzustellen. Zum Beispiel kann die Leistungsverteilungsanordnung 122 in einigen Ausführungsformen ein Planetengetriebe 144 mit einer ersten Komponente, einer zweiten Komponente und einer dritten Komponente umfassen. Genauer gesagt kann das Planetengetriebe 144 in einigen Ausführungsformen durch ein einziges Planetengetriebe verkörpert sein, das eine Vielzahl von Planetenrädern 146 umfasst, die durch einen Träger 147, ein Hohlrad 148 und ein Sonnenrad 150 befestigt sind. Es versteht sich, dass die Planetenräder 146 zwischen dem Hohlrad 148 und dem Sonnenrad 150 angeordnet und mit beiden verzahnt sein können. Das Planetengetriebe 144 kann eine Vielzahl von Konfigurationen, Übersetzungsverhältnissen, Abmessungen usw. aufweisen, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
In einigen Ausführungsformen kann der Träger 147 (und somit die Planetenräder 146) an der Kardanwelle 124 zur Drehung damit befestigt sein. Außerdem kann der Träger 147 zur Drehung mit ersten Gliedern 132 (z. B. ersten Kupplungsscheiben, Reibungsplatten usw.) der ersten Kupplung 126 befestigt sein. Dementsprechend können in einigen Ausführungsformen die Kardanwelle 124, der Träger 147 und die ersten Glieder 132 der ersten Kupplung 126 aneinander befestigt sein, um sich als eine Einheit um eine gemeinsame Achse (z. B. die Achse der Kardanwelle 124) zu drehen.
Zusätzlich können zweite Glieder 134 (z. B. zweite Kupplungsscheiben, Reibungsplatten usw.) der ersten Kupplung 126 an dem Hohlrad 148 befestigt sein. Die zweiten Glieder 134 können zusätzlich zur Drehung mit einer Hinterachswelle 158 befestigt sein, die an die Hinterachse 112 gekoppelt ist. Dementsprechend können in einigen Ausführungsformen das Hohlrad 148, die Hinterachswelle 158 und die zweiten Glieder 134 der ersten Kupplung 126 miteinander befestigt sein, um sich als eine Einheit um eine gemeinsame Achse (z. B. die Achse des Hohlrads 148) zu drehen.
Das Sonnenrad 150 kann an ersten Gliedern 138 (z. B. ersten Kupplungsscheiben, Reibungsplatten usw.) der zweiten Kupplung 128 befestigt sein. Dementsprechend können sich das Sonnenrad 150 und die ersten Glieder 138 als eine Einheit um eine gemeinsame Achse (z. B. die Achse des Sonnenrads 150) drehen. Zusätzlich können zweite Glieder 136 (z. B. zweite Kupplungsscheiben, Reibungsplatten usw.) der zweiten Kupplung 128 relativ zu dem Fahrgestell 104 des Fahrzeugs 100 befestigt sein und daran geerdet sein.
Die Leistungsverteilungsanordnung 122 kann ferner ein oder mehrere Zwischenzahnräder umfassen, die mit dem Planetengetriebe 144 gekoppelt sind. In anderen Ausführungsformen kann das Zwischenzahnrad oder können die Zwischenzahnräder in einem Zwischengetriebezug 151 angeordnet werden. Ein oder mehrere Zahnräder des Zwischengetriebezugs 151 können als Leerlaufräder ausgebildet sein, die eine von dem Planetengetriebe 144 zu einer der Achsen 112, 114 zugeführte Leistung übertragen. In der Ausführungsform von 2 kann beispielsweise der Zwischengetriebezug 151 eine Eingangsleistung vom Planetengetriebe 144 an die Vorderachse 114 übertragen.
In einigen Ausführungsformen kann der Zwischengetriebezug 151 ein erstes Zwischenzahnrad 152 umfassen. Das erste Zwischenzahnrad 152 kann an dem Sonnenrad 150 zur Drehung damit befestigt sein. In einigen Ausführungsformen kann das erste Zwischenzahnrad 152 koaxial zu einer gemeinsamen Welle 155 und darauf angeordnet sein mit dem Sonnenrad 150 und den ersten Gliedern 138 der zweiten Kupplung 128. In der Ausführungsform von 2 beispielsweise kann das Zwischenzahnrad 152 zwischen dem Sonnenrad 150 und den ersten Gliedern 138 entlang der Achse der gemeinsamen Welle 155 angeordnet sein.
Der Zwischengetriebezug 151 kann ferner ein zweites Zwischenzahnrad 154 enthalten. Die Achse des zweiten Zwischenzahnrades 154 kann im Wesentlichen parallel mit, aber beabstandet sein von der Achse des ersten Zwischenzahnrads 152. Das zweite Zwischenzahnrad 154 kann mit dem ersten Zwischenzahnrad 152 verzahnt sein. Das zweite Zwischenzahnrad 154 kann an ersten Gliedern 142 (z. B. ersten Kupplungsscheiben, Reibungsplatten usw.) der dritten Kupplung 130 befestigt sein. Somit kann sich das zweite Zwischenzahnrad 154 als eine Einheit mit den ersten Gliedern 142 um eine gemeinsame Achse (z. B. die Achse des zweiten Zwischenzahnrads 154) drehen.
Die dritte Kupplung 130 kann zusätzlich zweite Glieder 140 (z. B. zweite Kupplungsscheiben, Reibungsplatten usw.) umfassen. Die zweiten Glieder 140 können an einer Vorderachswelle 160 befestigt sein. In anderen Ausführungsformen kann die Vorderachswelle 160 mit der Vorderachse 114 verbunden werden. In einigen Ausführungsformen kann das zweite Zwischenzahnrad 154 mit der Vorderachswelle 160 zur Drehung damit gekoppelt sein. In einigen Ausführungsformen kann die dritte Kupplung 130 zulassen, dass das zweite Zwischenzahnrad 154 und die Vorderachswelle 160 selektiv an die Vorderachswelle 160 koppeln und von ihr abkoppeln.
Es versteht sich, dass der Zwischengetriebezug 151 ein vorbestimmtes Übersetzungsverhältnis und/oder eine Untersetzung für eine Drehmoment- und Leistungsübertragung zwischen dem Planetengetriebe 144 und der Vorderachse 114 bereitstellen kann. In ähnlicher Weise kann das Planetengetriebe 144 ein vorbestimmtes Übersetzungsverhältnis und/oder eine Untersetzung für eine Drehmoment- und Leistungsübertragung durch das Planetengetriebe 144 bereitstellen. Diese Übersetzungsverhältnisse können einen beliebigen passenden Wert haben, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Wie erwähnt, kann die erste Kupplung 126 eine eingerastete Position haben, in der das erste und das zweite Glied 132, 134 eingerastet und zur Drehung aneinander befestigt sind. Dies bewirkt, dass das Hohlrad 148 und die Hinterachswelle 158 zur Drehung als eine Einheit (d. h. mit derselben Drehgeschwindigkeit) um die Achse der Welle 158 drehgekoppelt sind. Die erste Kupplung 126 kann zusätzlich eine gelöste Position aufweisen, in der das erste und das zweite Glied 132, 134 gelöst sind. Dies ermöglicht es dem Hohlrad 148 und der Hinterachswelle 158, eine unabhängige Drehung des Hohlrads 148 und der Hinterachswelle 158 zu ermöglichen, abzukoppeln und zu lösen.
Des Weiteren kann die zweite Kupplung 128 eine eingerastete Position aufweisen, in der das erste und das zweite Glied 136, 138 eingerastet sind. Dies bewirkt, dass das Sonnenrad 150 geerdet und an dem Fahrgestell 104 des Fahrzeugs 100 befestigt ist. Die zweite Kupplung 128 kann zusätzlich eine gelöste Position aufweisen, in der das erste und das zweite Glied 136, 138 gelöst sind. Dies ermöglicht es dem Sonnenrad 150, vom Fahrgestell 104 gelöst zu werden zur Drehung relativ zum Fahrgestell 104.
Zusätzlich kann die dritte Kupplung 130 eine eingerastete Position aufweisen, in der das erste und das zweite Glied 140, 142 eingerastet sind. Dies bewirkt, dass das zweite Zwischenzahnrad 154 und die Vorderachswelle 160 zur Drehung als eine Einheit um die Achse der Vorderachswelle 160 befestigt sind. Die dritte Kupplung 130 kann zusätzlich eine gelöste Position aufweisen, in der das erste und das zweite Glied 140, 142 gelöst sind. Dies ermöglicht es dem zweiten Zwischenzahnrad 154 und der Vorderachswelle 160 abzukoppeln und eine unabhängige Drehung des zweiten Zwischenzahnrads 154 und der Vorderachswelle 160 zu ermöglichen.
Die Leistungsverteilungsanordnung 122 kann eine Vielzahl von Modi aufweisen. Wenigstens zwei dieser Betriebsarten können Fahrmodi zur Übertragung von Leistung von dem Motor 108 zu der Hinterachse 112 und/oder der Vorderachse 114 sein. In einigen Ausführungsformen kann die Leistungsverteilungsanordnung 122 ferner einen Parkmodus umfassen, der die Hinterachse 112 und/oder die Vorderachse 114 stillstehen lässt.
Die Modi der Leistungsverteilungsanordnung 122 können durch das Steuersystem 131 gesteuert werden. Genauer gesagt kann das Steuersystem 131 Steuersignale zum Ändern einer oder mehrerer der Kupplungen 126, 128, 130 zwischen ihrer jeweiligen eingerasteten Position und ihrer jeweiligen gelösten Position zum Ändern der Betriebsart der Leistungsverteilungsanordnung 122 bereitstellen.
Leistung kann durch das Planetengetriebe 144 entlang verschiedener Pfade in verschiedenen Modi fließen, wie in den 3, 4 und 5 dargestellt. 3 kann einen Leistungsfluss durch das Planetengetriebe 144 in einer ersten Betriebsart darstellen, die nachstehend detailliert erläutert wird. 4 kann eine zweite Betriebsart darstellen, und 5 kann eine dritte Betriebsart darstellen, wobei jede ausführlich besprochen wird. Es versteht sich, dass die Planetenräder in 3-5 mit 146 bezeichnet sind, das Hohlrad mit 148 und das Sonnenrad mit 150. Es ist auch zu bemerken, dass der vertikale Abstand zwischen den Planetenrädern 146 und dem Hohlrad 148 in 3-5 die Anzahl der Zahnradzähne und das zugeordnete Übersetzungsverhältnis zwischen den Planetenrädern 146 und dem Hohlrad 148 angibt. In ähnlicher Weise gibt der vertikale Abstand zwischen den Planetenrädern 146 und dem Sonnenrad 150 die Anzahl der Zahnradzähne und das zugeordnete Übersetzungsverhältnis zwischen den Planetenrädern 146 und dem Sonnenrad 150 an.
In einigen Ausführungsformen kann die Leistungsverteilungsanordnung 122 die erste Betriebsart beinhalten, dargestellt in 2 und 3. Diese Betriebsart kann als ein „Vierradantriebsmodus (4WD)“ bezeichnet werden. In dieser Betriebsart kann die erste Kupplung 126 in der eingerasteten Position sein, die zweite Kupplung 128 kann in der gelösten Position sein, und die dritte Kupplung 130 kann in der eingerasteten Position sein. Dies kann tatsächlich die Hinterachse 112 und die Vorderachse 114 für eine Drehung gemäß einem festen Drehzahlverhältnis sperren (d. h. rotatorisch fixieren). Genauer gesagt kann Leistung von dem Motor 108 durch das Getriebe 110 und an den Träger 147 und die Planetenräder 146 des Planetengetriebes 144 übertragen werden. Das Hohlrad 148 kann zur Drehung mit dem Träger 147 und Planetenrädern 146 befestigt werden. Dementsprechend können Leistung und Drehmoment über das Hohlrad 148 auf die Hinterachswelle 158 und die Hinterachse 112 übertragen werden. Gleichermaßen kann Leistung von den Planetenrädern 146 fließen, um das Sonnenrad 150 und damit die Zahnräder 152, 154 des Zwischengetriebezugs 151 zu drehen. Dementsprechend kann Leistung über die Drehung des zweiten Zwischenzahnrads 154 auf die Vorderachswelle 160 und die Vorderachse 114 übertragen werden. In einigen Ausführungsformen können die Hinter- und die Vorderachse 112, 114 in dieser ersten Betriebsart der Leistungsverteilungsanordnung 122 ein konstantes Drehmoment aufnehmen. Zusätzlich kann die Leistungsverteilungsanordnung 122 konfiguriert sein (z. B. aufgrund von einem oder mehreren Übersetzungsverhältnissen), um in dieser ersten Betriebsart ein festes Übersetzungsverhältnis zwischen der Hinter- und der Vorderachse 112, 114 bereitzustellen. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen die Leistungsverteilungsanordnung 122 verzahnt werden, um zu bewirken, dass die Vorderachse 114 schneller als die Hinterachse 112 dreht. Dieses feste, ungleiche Drehzahlverhältnis kann die Lenkfähigkeiten der Vorderachse 114 verbessern. Diese erste Betriebsart kann nützlich sein, um eine Traktion bereitzustellen, selbst wenn die Bodenoberfläche 120 relativ rutschig ist (niedriger Koeffizient der Reibungsbodenoberfläche 120). Außerdem kann die erste Betriebsart für schwere Bodenbearbeitungsvorgänge (z. B. Verwendung von Abstreifer, Aufreißer, Scharpflügen usw.), zum Wenden am Vorgewende und/oder in anderen Situationen nützlich sein.
Zusätzlich kann in einigen Ausführungsformen die Leistungsverteilungsanordnung 122 eine zweite Betriebsart umfassen, dargestellt in 2 und 4. Diese Betriebsart kann als ein „Allradantriebsmodus (AWD-Modus)“ bezeichnet werden. In dieser Betriebsart kann die erste Kupplung 126 in der gelösten Position sein, die zweite Kupplung 128 kann in der gelösten Position sein, und die dritte Kupplung 130 kann in der eingerasteten Position sein. Dies kann tatsächlich ein Differential zwischen der Hinterachse 112 und der Vorderachse 114 bereitstellen und es den Achsen 112, 114 ermöglichen, sich gemäß variierenden Drehzahlverhältnissen zu drehen. Genauer gesagt kann Leistung von dem Motor 108 durch das Getriebe 110 und an den Träger 147 und die Planetenräder 146 des Planetengetriebes 144 übertragen werden. Das Hohlrad 148 kann zur Drehung mit dem Träger 147 und Planetenrädern 146 befestigt werden. Dementsprechend können Leistung und Drehmoment über das Hohlrad 148 auf die Hinterachswelle 158 und die Hinterachse 112 übertragen werden. Gleichermaßen kann Leistung von den Planetenrädern 146 fließen, um das Sonnenrad 150 und damit die Zahnräder 152, 154 des Zwischengetriebezugs 151 zu drehen. Dementsprechend kann Leistung über die Drehung des zweiten Zwischenzahnrads 154 auf die Vorderachswelle 160 und die Vorderachse 114 übertragen werden. Es versteht sich, dass Leistung von dem Motor 108 aufgeteilt und zwischen dem Sonnenrad 150 und dem Hohlrad 148 aufgeteilt werden kann. Das Drehmoment kann entsprechend der verfügbaren Traktion für jedes Rad 116, 118 gegen den Boden 120 aufgeteilt werden. Die zweite Betriebsart kann für leichte bis mittlere Feldarbeiten nützlich sein, einschließlich Ballenpressen, Pflanzen, Mähen, Schneiden, Düngerausbringung, leichte Bodenbearbeitung oder leichte Ladearbeit. Des Weiteren kann die zweite Betriebsart für einen Hochgeschwindigkeitstransport des Fahrzeugs 100 nützlich sein, wenn die Bodenoberfläche 120 rutschig ist. Zusätzlich kann in der zweiten Betriebsart die Leistungsverteilungsanordnung 122 Drehmoment in Richtung der Hinterachse 112 vorspannen. Insbesondere kann in einigen Ausführungsformen das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Hohlrad 148 und dem Sonnenrad 150 bewirken, dass Drehmoment in Richtung der Hinterachse 112 vorgespannt wird. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen 40% des Drehmoments an die Vorderachse 114 bereitgestellt werden, während 60% des Drehmoments an die Hinterachse 112 bereitgestellt werden kann.
Die Leistungsverteilungsanordnung 122 kann ferner den dritten Modus beinhalten, dargestellt in 2 und 5. Diese Betriebsart kann als „Overdrive-Modus“ bezeichnet werden. In dieser Betriebsart kann die erste Kupplung 126 in der gelösten Position sein, die zweite Kupplung 128 kann in der eingerasteten Position sein, und die dritte Kupplung 130 kann in der gelösten Position sein. Dies kann tatsächlich ermöglichen, dass Leistung an die Hinterachse 112 bereitgestellt wird und verhindern, dass Leistung an die Vorderachse 114 bereitgestellt wird. Genauer gesagt kann Leistung von dem Motor 108 durch das Getriebe 110 und an den Träger 147 und die Planetenräder 146 des Planetengetriebes 144 übertragen werden. Das Sonnenrad 150 kann an das Fahrgestell 104 geerdet werden (z. B. verriegelt in einer festen Position) aufgrund der zweiten eingerasteten Kupplung 128. Gleichermaßen können Leistung und Drehmoment von den Planetenrädern 146 durch das Hohlrad 148 und letztendlich an die Hinterachswelle 158 und die Hinterachse 112 übertragen werden. Das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes 1444 kann derart sein, dass die Ausgangsdrehzahl der Hinterachswelle 158 größer ist als die Eingangsdrehzahl der Kardanwelle 124. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen das Übersetzungsverhältnis durch die Leistungsverteilungsanordnung 122 zwischen ungefähr 0,7 bis ungefähr 0,8 liegen, um einen Overdrive bereitzustellen. Diese dritte Betriebsart kann nützlich sein zum Antreiben des Fahrzeugs 100 bei relativ hohen Bodengeschwindigkeiten, wenn die Bodenoberfläche 120 eine relativ hohe Traktion (d. h. einen hohen Reibungskoeffizienten) bietet. Somit kann die dritte Betriebsart nützlich sein für Transport, zum Fahren auf Straßenoberflächen und dergleichen. Zusätzlich kann der Overdrive des dritten Betriebsart ermöglichen, dass der Motor 108 bei Spitzenfahrzeuggeschwindigkeiten eine niedrigere Motordrehzahl aufweist, wodurch die Kraftstoffeffizienz verbessert und das Motorgeräusch reduziert wird.
Darüber hinaus kann die Leistungsverteilungsanordnung 122 in einigen Ausführungsformen einen Parkmodus für das Arbeitsfahrzeug 100 bereitstellen. Der Parkmodus kann die Hinterachse 112 und/oder die Vorderachse 114 sperren, so dass das Fahrzeug 100 relativ zu der Bodenoberfläche 120 im Stillstand bleibt. In einigen Ausführungsformen kann der Parkmodus durch Einrasten einer oder mehrerer der Kupplungen 126, 128, 130 erreicht werden. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen der Parkmodus bereitgestellt werden, wenn die erste Kupplung 126 in der eingerasteten Position ist, die zweite Kupplung 128 in der eingerasteten Position ist, und die dritte Kupplung 130 in der eingerasteten Position ist. Dementsprechend können die Hinterachse 112 und die Vorderachse 114 relativ zu dem Fahrgestell 104 befestigt sein. Somit können die Kupplungen 126, 128, 130 verschiedene Anordnungen aufweisen zum Bereitstellen der verschiedenen Betriebsarten der Leistungsverteilungsanordnung 122, wie oben erörtert, und die Kupplungen 126, 128, 130 können eine andere Anordnung zum Bereitstellen des Parkmodus aufweisen. Somit sind möglicherweise keine separate Parkkupplung, -bremse und/oder -sperre erforderlich. Zusätzlich kann das Leistungsverteilungssystem 122 relativ kompakt sein und kann eine relativ niedrige Teilezahl aufweisen, und/oder kann Fertigungseffizienzen aufweisen.
Zusätzlich kann das Leistungsverteilungssystem 122 Vorteile in Bezug auf das Umschalten zwischen den verschiedenen Betriebsarten bereitstellen. Zum Beispiel muss beim Umschalten zwischen der ersten Betriebsart (4WD-Modus) und der zweiten Betriebsart (AWD-Modus) nur eine Kupplung zwischen ihrer jeweiligen eingerasteten und gelösten Position gewechselt werden. Insbesondere wird beim Umschalten von der ersten Betriebsart (4WD-Modus) zu der zweiten Betriebsart (AWD-Modus) die erste Kupplung 126 von ihrer eingerasteten Position in ihre gelöste Betriebsart bewegt, die zweite Kupplung 128 bleibt in ihrer gelösten Position und die dritte Kupplung 130 bleibt in ihrer eingerasteten Position. Im Gegensatz dazu kann beim Umschalten von der zweiten Betriebsart (AWD-Modus) in die erste Betriebsart (4WD-Modus) die erste Kupplung 126 aus ihrer gelösten Position in die eingerastete Position bewegt werden. Die anderen Kupplungen können in der gleichen Position bleiben. Dementsprechend können diese Umschaltungen zwischen der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart reibungslos und auf eine Weise erreicht werden, die für den Bediener nicht wahrnehmbar ist.
In einigen Ausführungsformen kann die Leistungsverteilungsanordnung 122 im zweiten AWD-Modus sein. Das Steuersystem 131 kann konfiguriert sein, um einen Radschlupf oder eine Differenzialgeschwindigkeit zwischen der Hinter- und der Vorderachse 112, 114 zu erkennen. Wenn das Steuersystem 131 einen dieser beiden Zustände erkennt, kann das Steuersystem 131 ein Steuersignal bereitstellen, um die erste Kupplung 126 aus der gelösten Position in die eingerastete Position zu bewegen. Somit können die Hinter- und die Vorderachse 112, 114 (und die Hinterräder 116, 118) für maximale Traktion unter rutschigen Bedingungen miteinander verriegelt werden. Umgekehrt kann das Steuersystem 131 ein Steuersignal zum Einrasten und Lösen der ersten Kupplung 126 bereitstellen, zum Beispiel wenn eine vorbestimmte Geschwindigkeitsschwelle auf der Straße oder auf dem Feld erreicht wird.
Darüber hinaus kann ein Umschalten in den dritten Overdrive-Modus typischerweise aus dem zweiten, dem AWD-Modus erreicht werden. Insbesondere kann die zweite Kupplung 128 aus der gelösten Position in die eingerastete Position bewegt werden, und die dritte Kupplung 130 kann aus der eingerasteten Position in die gelöste Position bewegt werden.
Das Umschalten in den Parkmodus kann relativ einfach sein, insbesondere in Anbetracht dessen, dass das Fahrzeug 100 wahrscheinlich relativ zu der Bodenoberfläche 120 im Stillstand wäre (d. h. Bodengeschwindigkeit von Null). Wenn sich die Leistungsverteilungsanordnung 122 zum Beispiel in der ersten Betriebsart befindet, kann die zweite Kupplung 128 in die eingerastete Position bewegt werden, um in den Parkmodus zu wechseln. Im Gegensatz dazu kann die zweite Kupplung 128 zum Umschalten vom Parkmodus in die erste Betriebsart von der eingerasteten Position in die gelöste Position bewegt werden.
Zum Umschalten von der zweiten Betriebsart in den Parkmodus kann die erste und zweite Kupplung 126, 128 aus der gelösten Position in die eingerastete Position bewegt werden, Im Gegensatz dazu kann beim Umschalten vom Parkmodus in die zweite Betriebsart die erste und zweite Kupplung 126, 128 aus der gelösten Position in die eingerastete Position bewegt werden.
Zum Umschalten von der dritten Betriebsart in den Parkmodus können die erste Kupplung 126 und die dritte Kupplung 130 aus ihrer gelösten Position in die eingerastete Position bewegt werden. Im Gegensatz dazu können beim Umschalten vom Parkmodus in die dritte Betriebsart die erste und die dritte Kupplung 126, 130 aus ihrer eingerasteten Position in die gelöste Position bewegt werden.
Unter Bezugnahme auf 6 sind zusätzliche Ausführungsformen der Leistungsverteilungsanordnung 1122 dargestellt. Die Leistungsverteilungsanordnung 1122 und andere Merkmale des Fahrzeugs können im Wesentlichen ähnlich denen sein, die oben erörtert wurden, und jenen, die in 2-5, ausgenommen wie unten aufgeführt, dargestellt sind. Komponenten, die denen der Ausführungsformen von 2-5 entsprechen, werden mit entsprechenden Referenznummern angezeigt, die um 1000 erhöht sind.
Wie gezeigt, kann sich das Planetengetriebe 1144 von den Ausführungsformen der 2-5 unterscheiden. Hier kann die Hinterachse 1112 mit dem Sonnenrad 1150 zur Drehung befestigt werden. Auch kann die Vorderachse 1114 selektiv (über die dritte Kupplung 1130, das zweite Zwischenzahnrad 1154 und das erste Zwischenzahnrad 1152) mit dem Hohlrad 1148 des Planetengetriebes 1144 gekoppelt sein. Die Kardanwelle 1124 kann zur Drehung mit dem Träger 1147 und Planetenrädern 1146 befestigt werden.
Auch kann die erste Kupplung 1126 selektiv einrasten, um die Planetenräder 1146 und den Träger 1147 an dem Sonnenrad 1150 zu befestigen. Die erste Kupplung 1126 kann sich selektiv lösen, um die Planetenräder 1146 und den Träger 1147 von dem Sonnenrad 1150 zu lösen.
Des Weiteren kann die zweite Kupplung 1128 selektiv einrasten, um das Hohlrad 1148 an dem Fahrgestell 1104 zu erden. Umgekehrt kann die zweite Kupplung 1128 selektiv einrasten, um das Hohlrad 1148 von dem Fahrgestell 1104 zu lösen.
Darüber hinaus kann die dritte Kupplung 1130 selektiv einrasten, um Leistung zwischen der Vorderachse 1114 und dem zweiten Zwischenzahnrad 1154 zu übertragen, das in das erste Zwischenzahnrad 1152 eingreift und das zur Drehung mit dem Hohlrad 1148 befestigt ist. Somit kann die dritte Kupplung 1130 selektiv einrasten, um die Vorderachse 1114 und das Hohlrad 1148 zur gemeinsamen Drehung zu koppeln. Umgekehrt kann die dritte Kupplung 1130 selektiv lösen, um die Vorderachse 1114 und das Hohlrad 1148 für eine unabhängige Drehung abzukuppeln.
FIGS. 7-9 können das Planetengetriebe 1144 in den verschiedenen Fahrmodi der Leistungsverteilungsanordnung 1122 darstellen. Die Kupplungen 1126, 1128, 1130 können in denselben oben erörterten Kupplungsanordnungen angeordnet sein, um die verschiedenen Modi der Leistungsverteilungsanordnung 1122 zu erreichen. Mit anderen Worten können die erste Kupplung 1126 und die dritte Kupplung 1130 eingerastet sein, und die zweite Kupplung 1128 kann gelöst sein, um die ersten Betriebsart (z. B. einen 4WD-Modus) zu erreichen. Des Weiteren können die erste und die zweite Kupplung 1126, 1128 gelöst sein, und die dritte Kupplung 1130 kann eingerastet sein, um die zweite Betriebsart (z. B. einen AWD-Modus) bereitzustellen. Zusätzlich können die erste und die dritte Kupplung 1126, 1130 gelöst sein, und die zweite Kupplung 1128 kann eingerastet sein, um die dritte Betriebsart (z. B. einen O/D-Modus) bereitzustellen. Zusätzlich können die Kupplungen 1126, 1128, 1130 auf in Richtung der eingerasteten Betriebsart, entsprechend den oben erörterten Ausführungsformen vorgespannt werden.
7 kann das Planetengetriebe 1144 in der ersten Betriebsart darstellen. Wie die Ausführungsformen von 2 und 3 kann die Leistungsverteilungsanordnung 1122 die Hinter- und die Vorderachse 1112, 1114 miteinander verriegeln. Eingangsleistung an die Planetenräder 1146 kann zu dem Hohlrad 1148 und dem Sonnenrad 1150 gelangen und bewirken, dass sich die Hinter- und die Vorderachse 1112, 1114 mit einem im Wesentlichen festen Drehzahlverhältnis drehen.
6 kann das Planetengetriebe 1144 in der zweiten Betriebsart darstellen. Wie gezeigt, kann die Eingangsleistung zu den Planetenrädern 1146 zwischen dem Hohlrad 1148 (zur Bereitstellung an die Vorderachse 1114) und dem Sonnenrad 1150 (zur Bereitstellung an die Hinterachse 1112) aufgeteilt werden.
9 kann das Planetengetriebe 1144 in der dritten Betriebsart (z. B. einem O/D-Modus) darstellen, der im Wesentlichen der dritten Betriebsart ähneln kann, die oben mit Bezug auf 2 und 5 erörtert wurde. Wie gezeigt, kann die zweite Kupplung 1128 das Hohlrad 1148 an dem Fahrgestell 1104 verriegeln. Dementsprechend kann eine Eingangsleistung an die Planetenräder 1146 über das Sonnenrad 1150 an die Hinterachse 1112 übertragen werden.
Zusammenfassend stellt die Leistungsverteilungsanordnung 122, 1122 der vorliegenden Offenbarung eine Anzahl von Modi (z. B. 4WD, AWD, O/D und Parkmodi) zur Nutzung in einer Anzahl verschiedener Szenarien bereit. Somit können Arbeitsfahrzeuge in einer Vielzahl von Bedingungen nützlich und wirksam sein. Bestimmte Modi können hohe Kraftstoffeffizienz für das Arbeitsfahrzeug bieten. Die Anordnung 122, 1122 kann auch in einem relativ einfachen Design mit relativ wenigen Teilen konfiguriert sein. Dies ermöglicht es der Anordnung 122, 1122, relativ kompakt zu sein. Auch können die Herstellungskosten wegen der geringen Teilezahl relativ niedrig sein. Darüber hinaus kann das Wechseln zwischen bestimmten Modi einfach zum Beispiel durch Ändern der Position einer einzelnen Kupplung erfolgen. Dementsprechend können Modusänderungen glatt und für den Bediener nicht wahrnehmbar sein.
Die hier verwendete Terminologie dient nur dem Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll nicht die Offenbarung einschränken. Wie hier verwendet, umfassen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der“, „die“ und „das“ auch die Pluralformen, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein der genannten Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten angibt, aber nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einer oder mehreren anderen Eigenschaften, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten oder Gruppen davon ausschließt.
Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung wurde zu Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung dargestellt, soll aber nicht erschöpfend oder beschränkt auf die Offenbarung in der offenbarten Form sein. Viele Modifikationen und Variationen sind klar für Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet, ohne vom Umfang und Geist der Offenbarung abzuweichen. Explizit hierin Bezug genommene Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Offenbarung und ihre praktische Anwendung zu erläutern und es anderen Fachleuten auf dem Gebiet zu ermöglichen, die Offenbarung zu verstehen und viele Alternativen, Modifikationen und Variationen an dem beschriebenen Beispiel (den beschriebenen Beispielen) zu erkennen. Entsprechend sind verschiedene Ausführungsformen und Implementierungen außer den explizit hier beschriebenen innerhalb des Rahmens der nachfolgenden Ansprüche.

Claims

Arbeitsfahrzeug, umfassend: ein Leistungsaggregat, das konfiguriert ist, um Leistung zum Drehen einer Antriebswelle zu erzeugen; eine erste Achse; eine zweite Achse; und eine Leistungsverteilungsanordnung mit einer Vielzahl von Modi, wobei die Leistungsverteilungsanordnung derart konfiguriert ist, dass sie selektiv Leistung von der Antriebswelle zwischen der ersten Achse und der zweiten Achse in die Vielzahl von Modi verteilt, wobei die Leistungsverteilungsanordnung aufweist: eine Vielzahl von Kupplungen, wobei jede Kupplung bewegbar zwischen einer eingerasteten Position und einer gelösten Position ist, wobei die Vielzahl der Kupplungen mindestens eine Kupplung umfasst, die konfiguriert ist, um zwischen der jeweiligen eingerasteten Position und der jeweiligen gelösten Position zu wechseln, um die Leistungsverteilungsanordnung selektiv zwischen der Vielzahl von Modi zu wechseln; und ein Planetengetriebe mit einer ersten Komponente, einer zweiten Komponente und einer dritten Komponente; wobei die Vielzahl der Modi eine erste Betriebsart, eine zweite Betriebsart und eine dritte Betriebsart beinhaltet. wobei in der ersten Betriebsart die Leistung von der Antriebswelle derart konfiguriert ist, dass sie in die erste Komponente eingegeben und an die erste Achse und die zweite Achse zur Übertragung an die zweite und dritte Komponente weitergeleitet wird, und wobei die erste und zweite Achse zur Drehung mit einem festen Drehzahlverhältnis in der ersten Betriebsart aneinander befestigt sind; wobei in der zweiten Betriebsart die Leistung von der Antriebswelle derart konfiguriert ist, dass sie in die erste Komponente eingegeben wird und zwischen der zweiten und dritten Komponente zur Bereitstellung an die erste Achse und die zweite Achse aufgeteilt wird, wobei die erste und die zweite Achse konfiguriert sind zur Drehung mit einem variierenden Drehzahlverhältnis im zweiten Modus; und wobei in der dritten Betriebsart die Leistung von der Antriebswelle derart konfiguriert ist, dass sie über ein Eingangselement in die erste Komponente eingegeben wird, über die zweite Komponente an die erste Achse ausgegeben wird und verhindert wird, dass sie über die dritte Komponente an die zweite Achse übertragen wird, wobei eine Eingangsdrehzahl des Eingangsglieds ist kleiner ist als eine Ausgangsdrehzahl der zweiten Achse.
Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Kupplungen eine erste Kupplung, eine zweite Kupplung und eine dritte Kupplung umfasst, die jeweils konfiguriert sind, um sich zwischen der jeweiligen eingerasteten Position und der jeweiligen gelösten Position zu bewegen; wobei die erste Kupplung in der eingerasteten Position die erste und die zweite Komponente des Planetengetriebes drehbar miteinander verbindet; wobei die erste Kupplung in der gelösten Stellung die erste und die zweite Komponente zur unabhängigen Drehung freigibt; wobei die zweite Kupplung in der eingerasteten Position die dritte Komponente des Planetengetriebes an einem Fahrgestell des Fahrzeugs erdet; wobei die zweite Kupplung in der gelösten Position die dritte Komponente von dem Fahrgestell für eine Drehung relativ zu dem Fahrgestell freigibt; wobei die dritte Kupplung in der eingerasteten Position die zweite Achse drehbar an der dritten Komponente des Planetenbetriebes befestigt; und wobei die dritte Kupplung in der gelösten Position die zweite Achse von der dritten Komponente drehbar freigibt.
Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 2, wobei die Leistungsverteilungsanordnung ferner einen Parkmodus enthält; wobei sich die erste, zweite und dritte Kupplung in der eingerasteten Position im Parkmodus befinden.
Arbeitsfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in der ersten Betriebsart die erste und die dritte Kupplung in der eingerasteten Position sind und die zweite Kupplung in der gelösten Position ist, wodurch Leistung von der Antriebswelle über die zweite Komponente an die erste Achse übertragen werden kann und an die zweite Achse über die dritte Komponente und die dritte Kupplung; wobei in der zweiten Betriebsart die erste und die zweite Kupplung in der gelösten Position sind und die dritte Kupplung in der eingerasteten Position ist, wodurch Leistung von der Antriebswelle zwischen der ersten Achse und der zweiten Achse geteilt wird, wobei die auf die erste Achse aufgeteilte Leistung über die zweite Komponente übertragen wird, und die auf die zweite Achse aufgeteilte Leistung über die dritte Komponente übertragen wird.
Arbeitsfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , ferner umfassend ein Getriebe, das sowohl mit der Antriebswelle als auch mit der ersten Komponente des Planetengetriebes funktionsfähig verbunden ist; wobei das Getriebe konfiguriert ist, um ein vorbestimmtes Übersetzungsverhältnis anzuwenden, wenn Leistung von der Antriebswelle zu dem Eingangsglied der Leistungsverteilungsanordnung übertragen wird.
Arbeitsfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend einen Zwischengetriebezug; wobei der Zwischengetriebezug ein erstes Zahnrad umfasst, das zur Drehung mit der dritten Komponente des Planetengetriebes befestigt ist; wobei der Zwischengetriebezug ein zweites Zahnrad umfasst, das zur Drehung mit der zweiten Achse befestigt ist; und wobei der Zwischengetriebezug konfiguriert ist, um ein vorbestimmtes Übersetzungsverhältnis auf Leistung anzuwenden, die von der dritten Komponente auf die zweite Achse übertragen wird.
Arbeitsfahrzeug einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Vielzahl von Kupplungen konfiguriert ist, dass nur eine der Vielzahl von Kupplungen zwischen der jeweiligen eingerasteten Position und der jeweiligen gelösten Position gewechselt wird, um die Leistungsverteilungsanordnung zwischen der ersten und der zweiten Betriebsart zu wechseln.
Verfahren zum Betreiben einer Multi-Mode-Leistungsverteilungsanordnung, die eine Vielzahl von Kupplungen und ein Planetengetriebe umfasst, wobei die Vielzahl von Kupplungen unabhängig voneinander zwischen einer eingerasteten Position und einer gelösten Position bewegbar sind, wobei das Planetengetriebe eine erste Komponente, eine zweite Komponente und eine dritte Komponente umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Wechseln der Leistungsverteilungsanordnung zwischen einem ersten Modus, einem zweiten Modus und einer dritten Betriebsart durch Bewegen von zumindest einer der Vielzahl von Kupplungen zwischen der eingerasteten Position und der gelösten Position; Betreiben der Leistungsverteilungsanordnung in der ersten Betriebsart mit Leistung von der Antriebswelle eingegeben an die erste Komponente und übertragen an die zweite und dritte Komponente zur Übertragung an eine erste Achse und zweite Achse, wobei die erste und die zweite Achse miteinander befestigt sind zur Drehung in einem festen Drehzahlverhältnis in der ersten Betriebsart; Betreiben der Leistungsverteilungsanordnung in der zweiten Betriebsart mit Leistung von der Antriebswelle eingegeben an die erste Komponente und aufgeteilt zwischen der zweiten und der dritten Komponente zur Bereitstellung an die erste Achse und die zweite Achse, wobei die erste und die zweite Achse konfiguriert sind zur Drehung in einem variierenden Drehzahlverhältnis in der zweiten Betriebsart; und Betreiben der Leistungsverteilungsanordnung in der dritten Betriebsart, wobei Leistung von der Antriebswelle in ein Eingangselement der Leistungsverteilungsanordnung zum Drehen der ersten Komponente eingegeben wird und über die zweite Komponente an die erste Achse ausgegeben wird, wobei die Leistung von der Antriebswelle gehindert wird an der Übertragung an die zweite Achse, eine Eingangsdrehzahl des Eingangselements ist niedriger als eine Ausgangsdrehzahl der zweiten Achse in der dritten Betriebsart.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Ändern der Leistungsverteilungsanordnung das Bewegen nur einer der Vielzahl von Kupplungen umfasst, um zwischen der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart zu wechseln.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, ferner umfassend: Umschalten der Leistungsverteilungsanordnung in einen Parkmodus durch Bewegen jeder der mehreren Kupplungen in die eingerastete Position.