DE19618495A1 - Motor vehicle differential using clutches and cage - Google Patents
Motor vehicle differential using clutches and cageInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung handelt von einem Achsdifferential, bestehend aus einem Differentialkorb mit Tellerrad, Ausgleichsrädern und Achsantriebsrädern mit anschließenden Radantriebswellen, wobei beiden Achsantriebsrädern je eine Kupplung zugeordnet ist, de ren erste Kupplungsteile mit dem Differentialkorb und dessen zweite Kupplungsteile mit dem jeweiligen Achsantriebsrad an triebsverbunden sind.The invention relates to an axle differential consisting of a differential cage with ring gear, differential gears and Axle drive wheels with adjoining wheel drive shafts, whereby a clutch is assigned to each of the two final drive wheels, de Ren first clutch parts with the differential carrier and its second coupling parts with the respective final drive wheel are connected to the drive.
Ein derartiges Achsdifferential ist aus der DE-C 33 13 283 be kannt. Die Kupplungen sind hier Lamellenkupplungen und direkt zwischen Achsantriebsrädern und Differentialkorb in dessen In nerem angeordnet und ihr Sperrmoment ist mittels hydraulischer Ringkolben verstellbar. Nachteilig ist an einem derartigen Sperrdifferential zunächst, daß es bei verschiedenen Radge schwindigkeiten die Drehmomentverteilung beeinflußt und den freien Drehzahlausgleich behindert, was auch die Kurvenwillig keit des Fahrzeuges beeinträchtigt. Da es sich hier um eine Lamellenkupplung handelt, entstehen auch Reibungsverluste.Such an axle differential is from DE-C 33 13 283 be knows. The clutches here are multi-plate clutches and direct between final drive wheels and differential cage in its In nerem arranged and their locking torque is hydraulic Adjustable ring piston. Such is disadvantageous Limited slip differential initially that it is at different Radge speed affects the torque distribution and the free speed compensation hindered, which also the curve willingly speed of the vehicle. Since this is a Multi-plate clutch is involved, there are also friction losses.
Wenn die Kupplungen erst bei einer bestimmten, dem Durchdrehen eines Rades entsprechenden, Differenz der Raddrehzahlen ange steuert werden, so kann auch die Steuerung ein Durchdrehen nicht mehr verhindern bzw. ist bei einer Klauenkupplung ein Ein kuppeln nicht mehr möglich. Außerdem ist eine Steuerung, die rasch und gezielt eingreift, sehr kompliziert. Sie braucht Drehzahlsensoren und eine aufwendige Elektronik. Die Verwendung einer elektronischen Steuerung ist bisweilen aber unerwünscht. If the clutches only spin at a certain point corresponding to a wheel, difference in wheel speeds can be controlled, the control can also spin no longer prevent or is an on in a dog clutch coupling is no longer possible. In addition, a controller that intervenes quickly and deliberately, very complicated. she needs Speed sensors and complex electronics. The usage electronic control is sometimes undesirable.
Weiters ist es aus der DE-A 41 03 053 bekannt, bei einem Achs differential auf beiden Seiten zwischen Achsantriebsrad und Differentialkorb Freiläufe vorzusehen, die ganz sperren, wenn das jeweilige Achsantriebsrad eine bestimmte Drehzahl unter schreitet. Das würde bereits bei Befahren einer weiten Kurve zur Vollsperrung führen. Damit die Sache überhaupt funktio niert, müssen die Freiläufe daher über entsprechende Getriebe angetrieben werden, um sich schneller als der Differentialkorb zu drehen. Die Sperrwirkung setzt erst ein, wenn die Raddreh zahl eine durch das Übersetzungsverhältnis des entsprechenden Getriebes gegebenen Schwellendrehzahl zu unterschreiten be ginnt, aber auch dann als Vollsperrung.Furthermore, it is known from DE-A 41 03 053 for an axle differential on both sides between final drive wheel and Differential cage to provide freewheels that lock completely when the respective final drive wheel below a certain speed steps. That would already be the case when driving on a wide curve lead to full closure. So that the thing works at all nated, the freewheels must therefore have appropriate gears are driven to move faster than the differential carrier to turn. The locking effect only starts when the wheels turn number one by the gear ratio of the corresponding Gearbox to be below the given threshold speed starts, but also as a full block.
Diese Achssperre ist für Straßenfahrt ungeeignet, weil die Sperrwirkung auch erst einsetzt, wenn der Schlupf bereits sehr groß ist (die Schwelle darf beim kleinsten Kurvenradius noch nicht überschritten werden, da sonst Engeckenbremsen) und weil beim Fahren einer Kurve das kurveninnere Rad durchdreht, die Schwellendrehzahl also überschreitet und nicht unterschreitet. Außerdem wird in einer Kurve das kurvenäußere Rad nicht lang samer, sondern schneller.This axle lock is unsuitable for road travel because the Blocking effect only occurs when the slip is already very is large (the threshold may still be at the smallest curve radius must not be exceeded, otherwise corner brakes) and because when driving a curve the wheel on the inside of the curve is spinning Threshold speed therefore exceeds and does not fall below. In addition, the outside wheel is not long in a curve smarter, but faster.
Es ist daher Ziel der Erfindung, ein Achsdifferential so auszu bilden, daß in Kurven einerseits ein möglichst freier Drehzahl ausgleich gewährleistet ist, andererseits aber einem Durchdre hen der Räder sicher zuvorgekommen wird. Eine gegebenenfalls vorgesehene Steuerung soll möglichst einfach sein.It is therefore the object of the invention to design an axle differential in this way form that in curves on the one hand as free a speed as possible compensation is guaranteed, but on the other hand a freak hen the wheels are safely preceded. One if necessary intended control should be as simple as possible.
Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß mit jeder der beiden Kupplungen ein Freilaufin Serie geschaltet ist, der kuppelt, wenn die jeweilige Radantriebswelle den Differen tialkorb zu überholen trachtet.According to the invention this is achieved in that with each of the both clutches a freewheel is connected in series, the couples when the respective wheel drive shaft makes the difference tries to overtake the basket.
Dadurch wirkt die jeweilige Kupplung sofort und vorbeugend, so bald das durch die auf das Fahrzeug wirkende Fliehkraft weniger belastete kurveninnere Rad durchdrehen will. Der Freilauf ver hindert ohne irgendeine die Raddrehzahlen überwachende Senso rik, daß das jeweilige Rad den Differentialkorb überholt. Bei nicht angesteuerter kurvenäußerer Kupplung wird dadurch die bei Kurvenfahrt notwendige Drehzahlanpassung des äußeren Rades nicht behindert und die Drehmomentverteilung zwischen den beiden Rädern entspricht vor dem Greifen des Freilaufes der eines offenen Differentials und wird durch das Greifen des Freilaufes sogar positiv beeinflußt. Sie verschiebt sich dann zugunsten des kurvenäußeren Rades, was die Kurvenwilligkeit des Fahrzeuges erhöht.As a result, the respective coupling acts immediately and preventively, so soon less by the centrifugal force acting on the vehicle want to spin the loaded inner wheel. The freewheel ver hinders without any senso monitoring the wheel speeds rik that the respective wheel overtakes the differential carrier. At This means that the clutch, which is not activated, becomes the Cornering necessary speed adjustment of the outer wheel not hindered and the torque distribution between the corresponds to both wheels before gripping the freewheel of an open differential and is achieved by gripping the Freewheel even positively influenced. Then it shifts in favor of the wheel on the outside of the curve, which Vehicle increased.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Kupplungen Lamellen kupplungen, deren Sperrmoment von außen verstellbar ist (Anspruch 2). Durch die Verstellbarkeit der Lamellenkupplungen kann das Sperrmoment den fahrdynamischen Erfordernissen ange paßt werden, beispielsweise durch einseitige Wirkung in Abhän gigkeit von der Kurvengeschwindigkeit oder Vollsperre durch ma ximales Reibmoment an beiden Kupplungen beim Beschleunigen und bei schneller Geradeausfahrt. Die Verstellung kann entweder vom Fahrer vorgenommen werden, oder durch eine Steuerhydraulik von Fahrparametern, etwa dem gerade eingelegten Getriebegang oder der Fahrpedalstellung, abhängig gemacht werden.In a further development of the invention, the clutches are lamellae clutches whose locking torque is adjustable from the outside (Claim 2). Due to the adjustability of the multi-plate clutches the locking torque can meet the driving dynamics requirements be fit, for example by one-sided effect in depend ability of cornering speed or full lock by ma ximal friction torque on both clutches when accelerating and when driving straight ahead. The adjustment can either be from Driver can be made, or by a control hydraulics from Driving parameters, such as the currently selected gear or the accelerator pedal position.
Insbesondere ist es vorteilhaft, das Sperrmoment der kurvenin neren Lamellenkupplung in Abhängigkeit von der Zentrifugalbe schleunigung zu steigern (Anspruch 3). So kann das Sperrmoment in einfacher Weise der Kurvengeschwindigkeit angepaßt werden.In particular, it is advantageous to lock the moment of curvature depending on the centrifugal balance to increase acceleration (claim 3). So the locking moment can be easily adapted to the curve speed.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Freiläufe zwi schen Radantriebswellen und Kupplung und innerhalb letzterer angeordnet (Anspruch 4). So wird eine platzsparende Anordnung und geringe rotierende Massen erreicht.In a preferred embodiment, the freewheels are between between wheel drive shafts and clutch and within the latter arranged (claim 4). So it becomes a space-saving arrangement and low rotating masses achieved.
Wenn weiters die Kupplungen und Freiläufe außerhalb des Diffe rentialgehäuses angeordnet und die Kupplungen über Hohlwellen mit dem Differentialkorb verbunden sind (Anspruch 5), kann die Erfindung durch nur geringe bauliche Veränderungen an ein kon ventionelles Differential angeflanscht sein.If further the clutches and freewheels outside the Diffe rentialgehäuses arranged and the couplings on hollow shafts are connected to the differential carrier (claim 5), the Invention by only minor structural changes to a con conventional differential flanged.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen be schrieben und erläutert. Es stellen dar:In the following the invention will be based on figures wrote and explained. They represent:
Fig. 1 Ein Schema der erfindungsgemäßen Einrichtung, und Fig. 1 is a diagram of the device according to the invention, and
Fig. 2 Das erfindungsgemäße Differential, vergrößert. Fig. 2, the differential according to the invention, enlarged.
Fig. 3 Ein Schema einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 3 is a schematic of a modified embodiment of the invention.
In Fig. 1 ist der Motor eines Kraftfahrzeuges mit 1, dessen Schaltkupplung mit 2 und dessen Schaltgetriebe mit 3 bezeich net. Es ist von der Schaltkupplung 2 aus über eine nicht darge stellte Welle angetrieben und treibt seinerseits in bekannter Weise ein Tellerrad 4, das mit einem Differential 5 verbunden ist. Dieses ist von einem Differentialgehäuse 8 umgeben. An dieses schließt auf der einen Seite eine linke Sperreinheit 6 und auf der anderen Seite eine rechte Sperreinheit 7 (bei umge kehrter Fahrtrichtung wären die Seitenangaben zu vertauschen). Mit 9 ist schließlich noch die Schaltvorrichtung für das Schaltgetriebe 3 bezeichnet.In Fig. 1, the engine of a motor vehicle with 1 , the clutch with 2 and the gearbox with 3 is designated net. It is driven by the clutch 2 from a shaft not shown Darge and in turn drives a ring gear 4 in a known manner, which is connected to a differential 5 . This is surrounded by a differential housing 8 . This is followed by a left locking unit 6 on one side and a right locking unit 7 on the other side (if the direction of travel is reversed, the side information would have to be exchanged). Finally, 9 is the switching device for the manual transmission 3 .
In Fig. 2 ist das erfindungsgemäße Differential mit den beiden Sperreinheiten 6, 7 vergrößert dargestellt. Das Differential 5 besteht in der üblichen Weise aus einem Differentialkorb 10 mit darin angeordneten Ausgleichsrädern 11 und Achsantriebsrädern 12. Es könnte sich aber auch um ein Differential einer anderen Bauart handeln, solange nur die Momentenverteilung symmetrisch ist. Die Achsantriebsräder 12 sind mit einer linken bzw. rech ten Abtriebswelle 13, 14 fest verbunden und jeweils über einen Anschlußflansch 15 mit den nicht mehr dargestellten Halbachsen des Kraftfahrzeuges und den auf diesen sitzenden Rädern verbun den.In Fig. 2, the differential according to the invention with the two locking units 6, 7 is shown enlarged. The differential 5 consists in the usual way of a differential cage 10 with differential wheels 11 and final drive wheels 12 arranged therein. But it could also be a differential of a different type, as long as the torque distribution is symmetrical. The final drive wheels 12 are fixedly connected to a left or right th output shaft 13, 14 and in each case via a connecting flange 15 with the semi-axles of the motor vehicle (not shown) and the wheels seated on them.
Da die beiden Sperreinheiten 6, 7 spiegelgleich sind, sind sie im folgenden nur einmal beschrieben. Der Differentialkorb 10 ist beiderseits über eine Hohlwelle 20 aus dem Differentialge häuse 8 herausgeführt. Die Abtriebswelle 13 bzw. 14 trägt einen Freilauf 21, an den außen eine Lamellenkupplung 22 anschließt. Diese besteht aus ersten Reibungsteilen 23, das ist der Außen teil mit den darauf verschiebbar geführten nicht im einzelnen bezeichneten Lamellen, der mit der Hohlwelle 20 verbunden ist, und aus zweiten Reibungsteilen 24, dem Innenteil mit dessen La mellen, der mit dem Freilauf 21 zusammenwirkt. Weiters ist eine Druckplatte 25 vorgesehen, auf die ein Ringkolben 26 wirkt, zu dessen Betätigung Drucköl in eine Druckkammer 27 gepreßt wird.Since the two locking units 6, 7 are mirror-identical, they are only described once below. The differential cage 10 is led out on both sides via a hollow shaft 20 from the Differentialge housing 8 . The output shaft 13 or 14 carries a freewheel 21 , to which a multi-plate clutch 22 connects on the outside. This consists of first friction parts 23 , that is the outer part with the slidably guided thereon, not specifically referred to slats, which is connected to the hollow shaft 20 , and second friction parts 24 , the inner part with its La mellen, which cooperates with the freewheel 21 . Furthermore, a pressure plate 25 is provided, on which an annular piston 26 acts, for the actuation of which pressure oil is pressed into a pressure chamber 27 .
In Fig. 1 ist zu erkennen, daß diese Druckkammern 27 über Druckleitungen 30, 31 mit einem Steuergerät 33 in Verbindung stehen, dem von einer vom Motor 1 getriebenen Ölpumpe 32 Drucköl zur Verfügung gestellt wird. Das Steuergerät 33 könnte, soferne man sich nicht überhaupt mit einer mechanischen Steue rung begnügt, ein Ventilblock mit einem oder zwei handgesteuer ten Ventilen sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Steuerung durch zwei mechanische Sensoren 34, für die auf das Kraftfahrzeug wirkende Zentrifugalbeschleunigung durch die das Drucköl je nachdem ob es sich um eine Linkskurve oder um eine Rechtskurve handelt entweder die Druckleitung 31 oder die Druckleitung 30 beaufschlagt. Weiters könnte ein Längsbeschleu nigungssensor 35 in dem Steuergerät 33 bewirken, daß beide Druckleitungen 30, 31 mit der Ölpumpe 32 verbunden werden. Schließlich könnte auch noch über die Leitung 37 ein den einge schalteten Gang angebendes Stellungssignal oder über die Lei tung 39 ein die Position des Gaspedales oder Lenkrades 38 ange bendes Stellungssignal dem Steuergerät 33 zugeführt werden.In Fig. 1 it can be seen that these pressure chambers 27 are connected via pressure lines 30 , 31 to a control unit 33 , which is provided by an oil pump 32 driven by the engine 1 pressure oil. The control unit 33 could, if one is not satisfied with a mechanical control, a valve block with one or two hand-controlled valves. In the exemplary embodiment shown, the control is carried out by two mechanical sensors 34 , for the centrifugal acceleration acting on the motor vehicle, through which the pressure oil acts on either the pressure line 31 or the pressure line 30, depending on whether it is a left-hand curve or a right-hand curve. Furthermore, a longitudinal acceleration sensor 35 in the control unit 33 could cause both pressure lines 30 , 31 to be connected to the oil pump 32 . Finally, a position signal indicating the engaged gear or line 39 , the position of the accelerator pedal or steering wheel 38 indicating position signal could also be supplied to control unit 33 via line 37 .
Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet folgendermaßen (Fig. 1 und Fig. 2): Ist keine der beiden Kupplungen geschlossen, so wird beim beginnenden Durchdrehen eines Rades die entsprechende Abtriebswelle 13 schneller als der Differentialkorb 10 drehen wollen. Bei dieser positiven Drehzahldifferenz schaltet der Freilauf durch und die zweiten Reibungsteile 24 der Kupplung werden mitgenommen. Da diese jedoch offen ist, kann sich das jeweilige Rad trotz des Freilaufes durchdrehen. Das entspricht dem Verhalten eines offenen Differentiales.The inventive apparatus operates as follows (Fig 1 and Fig. 2.) If none of the two couplings is closed, at the beginning of wheel spin will want to rotate the respective output shaft 13 faster than the differential basket 10. At this positive speed difference, the freewheel switches through and the second friction parts 24 of the clutch are taken along. However, since this is open, the respective wheel can spin despite the freewheel. This corresponds to the behavior of an open differential.
Wird eine der beiden Kupplungen, etwa die der rechten Sperrein heit 7 beaufschlagt, und beginnt das rechte Fahrzeugrad, als kurveninneres Rad in einer Rechtskurve, durchzudrehen, so wird der Freilauf 21 auf der rechten Seite durchschalten, wodurch das Reibmoment der Kupplung in dem durch den über die Leitung 30 gelieferten Öldruck bestimmten Maße als Sperre wirkt. Das rechte Fahrzeugrad dreht sich bei richtig eingestelltem Hydrau likdruck nicht durch. Wenn das kurveninnere Rad aber keine Nei gung zum Durchdrehen zeigt, wird seine Drehzahl wegen der ver schiedenen Kurvenradien der beiden Räder leicht absinken, was durch den Freilauf nicht verhindert wird. Das entspricht einer negativen Drehzahldifferenz, bei der der Freilauf nicht kup pelt. Da nur die Kupplung auf der Seite der rechten Sperrein heit 7 geschlossen ist, nicht aber die auf der Seite der linken Sperreinheit 6, kann sich das kurvenäußere linke Fahrzeugrad schneller als der Differentialkorb 10 drehen, obwohl der Frei lauf bei der auf dieser Seite auftretenden positiven Drehzahl differenz durchschaltet. Die Kupplung auf dieser Seite ist ja geöffnet. Bei einer Linkskurve sind die Verhältnisse umgekehrt.If one of the two clutches, such as the one on the right locking unit 7 , and the right vehicle wheel begins to spin as the inside wheel in a right-hand bend, then the freewheel 21 on the right-hand side will switch through, causing the frictional torque of the clutch in the through Oil pressure supplied via line 30 acts as a barrier to certain dimensions. The right vehicle wheel does not turn when the hydraulic pressure is set correctly. If the inside wheel shows no tendency to spin, its speed will decrease slightly due to the different curve radii of the two wheels, which is not prevented by the freewheel. This corresponds to a negative speed difference at which the freewheel does not clutch. Since only the clutch on the side of the right lock unit 7 is closed, but not that on the side of the left lock unit 6 , the left-hand vehicle wheel on the outside of the curve can rotate faster than the differential cage 10 , although the freewheel at the positive occurring on this side Speed difference switched through. The clutch on this page is open. With a left turn, the situation is reversed.
Durch Modulieren des Beaufschlagungsdruckes der beiden Kupp lungen kann das Sperrmoment den fahrdynamischen Erfordernissen angepaßt werden. Dazu sind beispielsweise die beiden Zentrifu galbeschleunigungssensoren 34 vorgesehen. Diese wirken auf ein nicht dargestelltes Ventil im Steuergerät 33, wodurch jeweils die Kupplung auf der richtigen Seite auf das erforderliche Sperrmoment gebracht wird.By modulating the pressure applied to the two couplings, the locking torque can be adapted to the driving dynamics requirements. For this purpose, for example, the two centrifugal acceleration sensors 34 are provided. These act on a valve, not shown, in the control unit 33 , as a result of which the clutch is brought to the required locking torque on the correct side.
Die für die Kurvenfahrt notwendigen Drehzahlunterschiede werden durch die erfindungsgemäße Anordnung somit bei einseitiger An steuerung der Kupplung nicht behindert, auch die Drehmomentver teilung entspricht dem eines offenen Differentiales. Bei Nei gung zum Durchdrehen des entsprechenden Rades schließt der Freilauf. Dadurch wird Drehmoment von der Halbwelle abgezweigt und in den Korb 10 des Differentiales zurückgespeist. Die Dreh momentverteilung wird daher ungleich zugunsten des kurvenäuße ren Rades. Wenn nun die Durchdrehneigung des kurveninneren Ra des wieder abnimmt, so stellt sich sofort wieder das Verhalten eines offenen Differentiales ein, ohne daß der auf die Kupplung wirkende Druck moduliert werden müßte.The speed differences necessary for cornering are thus not hindered by the arrangement according to the invention with one-sided control of the clutch, and the torque distribution corresponds to that of an open differential. If the wheel is inclined to spin, the freewheel closes. As a result, torque is diverted from the half shaft and fed back into the basket 10 of the differential. The torque distribution is therefore unequal in favor of the outside wheel. If the tendency to spin of the inside of the curve decreases again, the behavior of an open differential is immediately restored without the pressure acting on the clutch having to be modulated.
Bei sehr schneller Geradeausfahrt oder Vollbeschleunigung, die beispielsweise von dem Längsbeschleunigungssensor 35 festge stellt wird, werden die Kupplungen in beiden Sperreinheiten 6, 7 im gleichen, von der Beschleunigung oder Geschwindigkeit abhän genden gleichen Ausmaß angesteuert. Die symmetrische Teil- oder Vollsperre kann auch nur in den höheren Getriebegängen akti viert werden, wozu die Verbindung 37 zum Getriebeschalthebel 36 besteht.When driving very straight ahead or full acceleration, which is determined, for example, by the longitudinal acceleration sensor 35 , the clutches in both locking units 6, 7 are driven to the same extent, depending on the acceleration or speed. The symmetrical partial or full lock can also be acti viert only in the higher gears, for which purpose the connection 37 to the gear shift lever 36 exists.
Die Variante der Fig. 3 unterscheidet sich von den Ausführungs formen der Fig. 2 dadurch, daß anstelle der Lamellenkupplungen Klauenkupplungen 40 eingesetzt werden. Deren erste Kupplungs teile 41 sind ebenfalls mit dem Differentialkorb antriebsver bunden, sogar mit ihm vereint; deren zweite Kupplungsteile 42 sind zum Ein- und Auskuppeln verschiebbar mit dem Freilauf 21 antriebsverbunden. Die Betätigungsgabel für die Kupplung 40 ist nur andeutungsweise mit 43 bezeichnet.The variant of FIG. 3 differs from the embodiment forms of FIG. 2 in that dog clutches 40 are used instead of the multi-plate clutches. The first clutch parts 41 are also antriebsver connected to the differential carrier, even united with it; the second coupling parts 42 are drivably connected to the freewheel 21 for engaging and disengaging. The operating fork for the clutch 40 is only hinted at 43 .
Claims (5)
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- 1996-05-08 DE DE19618495A patent/DE19618495A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8130 | Withdrawal |