DE102021209556A1

DE102021209556A1 - Achsantrieb eines einen Vorderachsantrieb und einen Hinterachsantrieb aufweisenden Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102021209556A1
Application number: DE102021209556.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Oberbuchner; Stefan Igl
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-08-31
Filing date: 2021-08-31
Publication date: 2023-03-02
Also published as: WO2023031216A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Achsantrieb eines einen Vorderachsantrieb und einen Hinterachsantrieb aufweisenden Fahrzeugs, mit einem von einer Antriebsmaschine zu einer Hinterachswelle 6 führenden ersten Antriebsstrang 4, über den die Hinterachswelle 6 drehbar antreibbar ist. Dabei ist der erste Antriebsstrang 4 über eine erste Kupplung 8 mit einem zu einer Vorderachswelle 9 einer Vorderachse 1 führenden zweiten Antriebsstrang 15 verbindbar, über den die Vorderachswelle 9 drehbar antreibbar ist. Von der Antriebsmaschine ist weiterhin eine von einer Steuereinheit verstellbare Verstellmaschine und von der Verstellmaschine ein Konstantmotor oder Verstellmotor antreibbar, der eine Ausgangswelle 12 aufweist, wobei die Ausgangswelle 12 des Konstantmotors mit dem zur Vorderachswelle 1 führenden zweiten Antriebsstrang 15 verbindbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Achsantrieb eines einen Vorderachsantrieb und einen Hinterachsantrieb aufweisenden Fahrzeugs, mit einem von einer Antriebsmaschine zu einer Hinterachswelle führenden ersten Antriebsstrang, über den die Hinterachswelle drehbar antreibbar ist, wobei der erste Antriebsstrang über eine erste Kupplung mit einem zu einer Vorderachswelle einer Vorderachse führenden zweiten Antriebsstrang verbindbar ist, über den die Vorderachswelle drehbar antreibbar ist.
Derartige bekannte Fahrzeuge (Schlepper) haben in der Regel einen zuschaltbaren Vorderachsantrieb, der im aktivierten Zustand eine fixe Übersetzung zwischen Vorder- und Hinterachse festlegt. Diese fixe Übersetzung zwischen Vorder- und Hinterachse hat den Nachteil, daß es bei Kurvenfahrt zu Verspannungen zwischen Vorder- und Hinterachse kommt, da die Vorderachse bei Kurvenfahrt einen längeren Abrollweg hat als die Hinterachse. Dies trifft auf alle Allradfahrzeuge mit Achsschenkellenkung und mindestens zwei Achsen zu, wobei mindestens eine Achse nicht lenkbar ist. Diese Verspannungen bei Kurvenfahrt führen zu Nachteilen im Fahrkomfort, zu erhöhtem Reifenverschleiß, größerem Wenderadius sowie Pflanzenbeschädigungen und oberflächlichen Bodenbeschädigungen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher einen Achsantrieb eines einen Vorderachsantrieb und einen Hinterachsantrieb aufweisenden Fahrzeugs der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Achsantrieb diese Nachteile zumindest weitgehend vermeidet und einen einfachen Aufbau aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von der Antriebsmaschine weiterhin eine von einer Steuereinheit verstellbare Verstellmaschine und von der Verstellmaschine ein Konstantmotor oder Verstellmotor antreibbar ist, der eine Ausgangswelle aufweist, wobei die Ausgangswelle des Konstantmotors mit dem zur Vorderachswelle führenden zweiten Antriebsstrang verbindbar ist.
Diese erfindungsgemäße Ausbildung hat den Vorteil einer Vorlaufkompensation im Allradbetrieb bei unterschiedlichen Luftdrücken der Reifen, bei Reifentoleranzen und bei unterschiedlicher Reifeneinfederung aufgrund der Beladung des Fahrzeugs in Geradeaus- und Kurvenfahrt.
Der Reifenverschleiß wird wesentlich reduziert und die Wendigkeit erhöht indem der Wenderadius durch einen pull-in-turn-Effekt sich verkleinert.
Verspannungen und Belastungen im Antriebsstrang werden reduziert.
Bei landwirtschaftlichen Maschinen kommt es zu einer wesentlichen Reduzierung von Beschädigungen des Bodens, des Pflanzenbestandes sowie der Grasnarbe bei Kurvenfahrt sowie Geradeausfahrt im Feld.
Die Ausgangswelle des Konstant- oder Verstellmotors kann mittels einer zweiten Kupplung mit dem zur Vorderachswelle führenden zweiten Antriebsstrang verbindbar sein, wodurch sich die Betriebssicherheit deutlich erhöht.
Da bei hohen Fahrgeschwindigkeiten kein Allradbetrieb notwendig ist, können Überdrehzahlen am Konstant- oder Verstellmotor durch einfaches Entkoppeln verhindert werden und der Antrieb nur über die Hinterachse erfolgen.
Die Ausgangswelle des Konstant- oder Verstellmotors kann über ein Übersetzungsgetriebe und die zweite Kupplung mit dem zweiten Antriebsstrang verbindbar sein.
Bei einer großen Übersetzung kann bei gleicher Größe des Konstant- oder Verstellmotors höhere Zugkräfte im variablen Allradantrieb erreicht werden, was bei identischen Zugkräften einen kleineren Konstant- oder Verstellmotor ermöglicht.
Die erste Kupplung und/oder die zweite Kupplung können eine formschlüssige Kupplung und/oder eine reibschlüssige Kupplung sein.
Die Hinterachswelle kann über ein in dem ersten Antriebsstrang angeordnetes Hauptgetriebe drehbar antreibbar sein.
Die erste Kupplung und die zweite Kupplung können in drei Betriebsarten ansteuerbar sein, wobei in einer ersten Betriebsart die erste Kupplung und die zweite Kupplung geöffnet angesteuert sind, in einer zweiten Betriebsart die erste Kupplung geschlossen und die zweite Kupplung geöffnet angesteuert sind und wobei in der dritten Betriebsart die erste Kupplung geöffnet und die zweite Kupplung geschlossen angesteuert sind.
In der ersten Betriebsart erfolgt nur ein Hinterachsantrieb.
In der zweiten Betriebsart erfolgt ein Hinterachsantrieb, von dem auch die Vorderachse mit definierten bzw. festen Vorlauf angetrieben wird und der Konstant- oder Verstellmotor neutralisiert ist. In dieser Betriebsart stellt sich ein fester Vor- oder Nachlauf der Vorderachse ein.
In der dritten Betriebsart wird die Hinterachse über den ersten Antriebsstrang angetrieben, während der zweite Antriebsstrang, der die Vorderachse antreibt, von dem Konstant- oder Verstellmotor durch die Steuereinheit geregelt angetrieben wird.
In einfacher Weise kann der Verstellmaschine eine hydraulische Verstellpumpe und der Konstantmotor oder Verstellmotor ein Hydromotor oder hydraulischer Verstellmotor sein.
Es ist aber auch möglich, daß der Verstellmaschine ein elektrischer Generator und der Konstantmotor oder Verstellmotor eine elektrischeMaschine oder.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

1 eine Prinzipdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Achsantriebs ohne Entkopplung der Verstelleinheit,
2 eine Prinzipdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Achsantriebs mit Entkopplung der Verstelleinheit,
3 eine Prinzipdarstellung des Achsantriebs nach 2 in einer ersten Betriebsart,
4 eine Prinzipdarstellung des Achsantriebs nach 2 in einer zweiten Betriebsart,
5 eine Prinzipdarstellung des Achsantriebs nach 2 in einer dritten Betriebsart.

Die dargestellten Achsantriebe weisen eine Vorderachse 1 und eine Hinterachse 2 eines Fahrzeugs auf.
Dabei ist von einem Verbrennungsmotor 3 als Antriebsmaschine über einen ersten Antriebsstrang 4 mit einer ersten Übersetzung 5 eine Hinterachswelle 6 der Hinterachse 2 drehbar antreibbar. Antriebstrang 4 ist verallgemeinert dargestellt und kann in jeder bekannten Art einer Antriebs bzw. Getriebetopologie umgesetzt werden.
Über die erste Übersetzung 5 ist ein erstes Zahnrad 7 drehbar antreibbar, von dem über eine erste Kupplung 8 eine Vorderachswelle 9 der Vorderachse 1 eines zweiten Antriebsstrangs 15 drehbar antreibar ist.
Durch den Verbrennungsmotor 3 ist weiterhin eine hydraulische Verstellpumpe 11 antreibbar, die eine von einer nicht dargestellten Steuereinheit verstellbar ansteuerbare Verstellmaschine bildet, und von der ein Hydromotor 11 mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar ist.
Von der Ausgangswelle 12 des Hydromotors 11 ist über eine zweite Übersetzung 13 die Vorderachswelle 9 ebenfalls drehbar antreibbar.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 ist von der zweiten Übersetzung 13 die Vorderachswelle 9 unmittelbar drehbar antreibbar.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 bis 5 ist von der zweiten Übersetzung 13 die Vorderachswelle 9 über eine zweite Kupplung 14 drehbar antreibbar.
Der erfindungsgemäße Achsantrieb ist durch die erste Kupplung 8 und die zweite Kupplung 14 in drei Betriebsarten antreibbar.
In der in 3 dargestellten ersten Betriebsart sind die erste Kupplung 8 und die zweite Kupplung 14 geöffnet, so daß über den strichpunktiert dargestellten ersten Antriebsstrang 4 nur die Hinterachse 2 angetrieben wird.
Diese erste Betriebsart ist vorzugsweise anwendbar, wenn nur ein geringer Zugkraftbedarf besteht und kein Allradantrieb benötigt wird.
In der in 4 dargestellten zweiten Betriebsart ist die erste Kupplung 8 geschlossen und die zweite Kupplung 14 geöffnet. Damit erfolgt über den strichpunktiert dargestellten ersten Antriebsstrang 4 ein Antrieb der Hinterachse 2, der, mit unterbrochener Linie dargestellt, weitergeführt über die erste Kupplung 8 und die Vorderachswelle 9 auch die Vorderachse 1 drehbar antreibt. Der Hydromotor 11 bleibt neutral. Es erfolgt also ein Allradantrieb von Hinterachse 2 und Vorderachse 1 mit starrer Übersetzung.
Diese zweite Betriebsart ist vorzugsweise anwendbar, wenn ein hoher Zugkraftbedarf mit hohen Schlupfwerten besteht, die einen Allradbetrieb notwendig machen. Vorzugsweise ist die zweite Betriebsart nur bei Geschwindigkeiten von <15 km/h anzuwenden.
In der in 5 dargestellten dritten Betriebsart ist die erste Kupplung 8 geöffnet und die zweite Kupplung 14 geschlossen. Damit wird die Hinterachse 2 entsprechend der ersten Antriebsart angetrieben, während die Vorderachse 1 entsprechend der Ansteuerung der Verstellpumpe 10 durch die Steuerung von dem Hydromotor 11 über die zweite Übersetzung 13 und die zweite Kupplung 14 sowie die Vorderachswelle 9 drehbar angetrieben wird.
Diese dritte Betriebsart ist vorzugsweise anzuwenden, wenn ein geringer oder mittlerer Zugkraftbedarf und geringe Schlupfwerte bestehen und beim Befahren sensibler Pflanzenbestände sowie bei allen Lenkmanövern bei Geschwindigkeiten <20 km/h.
Die dritte Betriebsart kombiniert die Vorteile der ersten Betriebsart, nämlich voller Drehzahlausgleich zwischen Vorderachse und Hinterachse, sowie der zweiten Betriebsart, bei der alle Achsen angetrieben werden, zur gleichen Zeit.
Bezugszeichenliste

1: Vorderachse
2: Hinterachse
3: Verbrennungsmotor
4: erster Antriebsstrang
5: erste Übersetzung
6: Hinterachswelle
7: erstes Zahnrad
8: erste Kupplung
9: Vorderachswelle
10: hydraulische Verstellpumpe
11: Hydromotor
12: Ausgangswelle
13: zweite Übersetzung
14: zweite Kupplung
15: zweiter Antriebsstrang

Claims

Achsantrieb eines einen Vorderachsantrieb und einen Hinterachsantrieb aufweisenden Fahrzeugs, mit einem von einer Antriebsmaschine zu einer Hinterachswelle (6) führenden ersten Antriebsstrang (4), über den die Hinterachswelle (6) drehbar antreibbar ist, wobei der erste Antriebsstrang (4) über eine erste Kupplung (8) mit einem zu einer Vorderachswelle (9) einer Vorderachse (1) führenden zweiten Antriebsstrang (15) verbindbar ist, über den die Vorderachswelle (9) drehbar antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß von der Antriebsmaschine weiterhin eine von einer Steuereinheit verstellbare Verstellmaschine und von der Verstellmaschine ein Konstantmotor oder Verstellmotor antreibbar ist, der eine Ausgangswelle (12) aufweist, wobei die Ausgangswelle (12) des Konstantmotors mit dem zur Vorderachswelle (1) führenden zweiten Antriebsstrang (15) verbindbar ist.
Achsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (12) des Konstantmotors oder Verstellmotors mittels einer zweiten Kupplung (14) mit dem zur Vorderachswelle (9) führenden zweiten Antriebsstrang (15) verbindbar ist.
Achsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (12) des Konstantmotors oder Verstellmotors über ein Übersetzungsgetriebe (13) und die zweite Kupplung (14) mit dem zweiten Antriebsstrang (15) verbindbar ist.
Achsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplung (8) und/oder die zweite Kupplung (14) eine formschlüssige Kupplung und/oder eine reibschlüssige Kupplung ist.
Achsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterachswelle (6) über ein in dem ersten Antriebsstrang (4) angeordnetes Hauptgetriebe drehbar antreibbar ist.
Achsantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplung (8) und die zweite Kupplung (14) in drei Betriebsarten ansteuerbar sind, wobei in einer ersten Betriebsart die erste Kupplung (8) und die zweite Kupplung (14) geöffnet angesteuert sind, in einer zweiten Betriebsart die erste Kupplung (8) geschlossen und die zweite Kupplung (14) geöffnet angesteuert sind und wobei in der dritten Betriebsart die erste Kupplung (8) geöffnet und die zweite Kupplung (14) geschlossen angesteuert sind.
Achsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmaschine eine hydraulische Verstellpumpe (10) und der Konstantmotor oder Verstellmotor ein Hydromotor (11) oder hydraulischer Verstellmotor ist.
Achsantrieb nach einem der 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmaschine ein elektrischer Generator und der Konstantmotor oder Verstellmotor eine elektrische Maschine ist.