DE19800326A1 - Vierradgetriebenes Fahrzeug - Google Patents

Vierradgetriebenes Fahrzeug

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Description

Die Erfindung betrifft ein vierradgetriebenes Fahrzeug, das zwischen einem Zweiradantriebszustand und einem Vierradantriebszustand umschaltbar ist.
Die meisten heutigen vierradgetriebenen Fahrzeuge besitzen einen permanen­ ten Vierradantrieb, mit einem vorderen Differential zur Antriebskraftverteilung zwischen den linken und rechten Vorderrädern, einem Mitteldifferential zur Antriebskraftverteilung zwischen den Vorder- und Hinterrädern sowie einem hinteren Differential zur Antriebskraftverteilung zwischen den linken und rechten Hinterrädern. Ein Fahrzeug mit zuschaltbarem Vierradantrieb enthält eine Kupplung, um die Antriebskraft abschaltbar zu einem Übertragungsmittel zu übertragen, um die Antriebskraft der Vorderräder auf die Hinterräder zu übertragen.
Wenn bei der Antriebskraftübertragung auf die linken und rechten Hinterräder das Fahrzeug beispielsweise aus einer rutschigen Stelle herausfährt, besteht bei dem Fahrzeug mit permanentem Vierradantrieb das Problem, daß man eine Differentialsperrvorrichtung am Mitteldifferential und am hinteren Diffe­ rential anbringen muß, was in unerwünschter Weise die Teilezahl vergrößert und eine komplizierte Struktur mit sich bringt. Das Fahrzeug mit zuschaltba­ rem Vierradantrieb hat das Problem, daß wegen der am Übertragungsmittel vorgesehenen Kupplungen die Teilezahl erhöht und die Struktur kompliziert ist.
Ziel der Erfindung ist es daher, ein Fahrzeug mit zuschaltbarem Vierradantrieb anzugeben, das zwischen einem Zweiradantriebszustand und einem Vierrad­ antriebszustand umschaltbar ist, wobei das Differential mit einem einfach strukturierten Differentialsperrmechanismus auskommt.
Um das obige Ziel zu erreichen, wird erfindungsgemäß ein Fahrzeug mit Vier­ radantrieb angegeben, bei dem eine Antriebskraft eines mit einem Motor ver­ bundenen Vorderradsatzes oder Hinterradsatzes zu dem jeweils anderen Rad­ satz durch eine Eingangswelle und ein Differential verteilt wird, wobei das Differential linke und rechte Kupplungen enthält, welche die linken und rech­ ten Räder des anderen Radsatzes mit beliebig veränderlicher Eingriffskraft an die Eingangswelle kuppeln können, und wobei die Kupplungen in Antwort auf Betätigung eines vom Fahrer zu bedienenden Eingabemittels mit der maxima­ len Eingriffskraft in ihre Eingriffszustände gebracht werden.
Wenn bei dieser Anordnung der Eingriff der an dem Differential angebrachten linken und rechten Kupplungen gelöst wird, wird ein Satz der Vorder- und Hinterräder angetrieben, wodurch das Fahrzeug in einen Zweiradantriebszu­ stand gebracht werden kann. Wenn die linken und rechten Kupplungen in ihre Eingriffszustände gebracht werden, werden beide Vorder- und Hinter­ radsätze angetrieben, wodurch das Fahrzeug in einen Vierradantriebszustand gebracht werden kann. In diesem Fall lassen sich, durch Ändern der Eingriffs­ kräfte der linken und rechten Kupplungen, unterschiedliche Antriebskräfte auf die anderen linken und rechten Räder verteilen, und auf diese Weise läßt sich ein Differentialsperrmechanismus erzielen. Wenn ferner der Fahrer das Ein­ gabemittel betätigt, werden die linken und rechten Kupplungen mit der maxi­ malen Eingriffskraft in ihre Eingriffszustände gebracht, und die Eingangswelle und die anderen linken und rechten Räder werden integral miteinander gekop­ pelt, um einen Differentialsperrzustand vorzusehen. Zu diesem Zweck werden nur die Eingriffskräfte der linken und rechten Kupplungen gesteuert bzw. geregelt, und daher ist die Struktur außerordentlich einfach.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung der gesamten Anordnung eines vierradgetriebe­ nen Fahrzeugs;
Fig. 2 eine Draufsicht des gesamten hinteren Differentials;
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des in Fig. 2 gezeigten hin­ teren Differentials;
Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des in Fig. 2 gezeigten hin­ teren Differentials;
Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des in Fig. 2 gezeigten hin­ teren Differentials;
Fig. 6 eine vergrößerte Schnittansicht entlang Linie 6-6 in Fig. 4;
Fig. 7 eine vergrößerte Ansicht eines in Fig. 4 gezeigten wesentlichen Teils;
Fig. 8 eine Schnittansicht entlang Linie 8-8 in Fig. 3;
Fig. 9 eine Schnittansicht entlang Linie 9-9 in Fig. 8; und
Fig. 10 ein Diagramm der Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwin­ digkeit und dem maximal übertragenen Drehmoment einer Kupp­ lung.
Gemäß Fig. 1 umfaßt ein vierradgetriebenes Fahrzeug V einen Motor E, der quer im Vorderabschnitt der Fahrzeugkarosserie angebracht ist, ein Getriebe M, das integral an den Motor E angeflanscht ist, ein vorderes Differential DF, welches das Getriebe M mit Antriebswellen 1 L und 1 R linker und rechter Vor­ derräder WFL und WFR verbindet, ein Verteilergetriebe T, welches das vordere Differential DF mit einer Kardanwelle 2 verbindet, sowie ein hinteres Differen­ tial DR, welches die Kardanwelle 2 mit Antriebswellen 3 L und 3 R linker und rechter Hinterräder WRL und WRR verbindet. Das hintere Differential DR ist in der Lage, die Antriebskraftübertragung zu den Antriebswellen 3 L und 3 R der Hinterräder WRL und WRR zu steuern. Wenn die Antriebskraftübertragung un­ terbrochen ist, wird das Fahrzeug in einen Vorderrad-Antriebszustand ge­ bracht, in dem nur die Vorderräder WFL und WFR angetrieben sind. Bei Über­ tragung der Antriebskraft wird das Fahrzeug in einen Vierradantriebszustand gebracht, in dem sowohl die Vorderräder WFL und WFR als auch die Hinterrä­ der WRL und WRR angetrieben sind. Im Vierradantriebszustand ist das hintere Differential DR in der Lage, die Antriebskraftverteilung auf die linken und rech­ ten Hinterräder WRL und WRR beliebig zu steuern.
Mit einer elektronischen Steuereinheit U verbunden sind ein Vorderrad­ geschwindigkeitssensor S1 zum Erfassen einer Vorderradgeschwindigkeit auf Basis der Drehzahl der Kardanwelle 2, ein Paar von Hinterradgeschwindig­ keitssensoren S2, S2 zum Erfassen von Hinterradgeschwindigkeiten auf Basis von Drehzahlen der linken und rechten Antriebswellen 3 L und 3 R der Hinterrä­ der WRL und WRR, ein Lenkwinkelsensor S3 zum Erfassen eines Lenkwinkels eines Lenkrads 4, ein Gierratensensor S4 zum Erfassen einer Gierrate der Fahrzeugkarosserie, ein Querbeschleunigungssensor S5 zum Erfassen einer Querbeschleunigung der Fahrzeugkarosserie sowie ein Differentialsperrschal­ ter S6 zum Sperren des hinteren Differentials DR. Die elektronische Steuer­ einheit U steuert linke und rechte elektromagnetische Kupplungen CL und CR (später beschrieben), die im hinteren Differential DR angebracht sind, auf Ba­ sis der Signale von den Sensoren S1 bis S5 und dem Differentialsperrschalter S6.
Die Struktur des hinteren Differentials DR wird anhand der Fig. 2 bis 9 beschrieben. Das hintere Differential DR hat eine im wesentlichen quersym­ metrische Struktur, und daher wird, im Hinblick auf die quersymmetrischen Teile, nur der linke der linken und rechten Teile beschrieben, und die doppelte Beschreibung des symmetrischen rechten Teils wird weggelassen.
Das hintere Differential DR umfaßt ein Gehäusemittel, unterteilt in ein vorde­ res Mittelgehäuse 11, ein hinteres Mittelgehäuse 12, das mit der Rückfläche des vorderen Mittelgehäuses 11 durch eine Mehrzahl von Bolzen 14 (s. Fig. 8) verbunden ist, ein linkes Seitengehäuse 13 L, das mit den linken Seiten der Mittelgehäuse 11 und 12 durch mehrere Bolzen 15 verbunden ist, sowie ein rechtes Seitengehäuse 13 R, das mit den rechten Seiten der Mittelgehäuse 11 und 12 durch mehrere Bolzen 15 verbunden ist.
Eine Eingangswelle 18 ist im vorderen Mittelgehäuse 11 durch ein Paar von Kegelrollenlagern 16 und 17 gelagert und an ihrem Vorderende mit dem Hin­ terende der Kardanwelle 2 (siehe Fig. 1) durch eine Kupplung 19 gekuppelt. Der Vorderradgeschwindigkeitssensor S1, der zur Drehzahlerfassung der Ein­ gangswelle 18 einem an der Eingangswelle 18 befestigten Rotor 20 gegen­ übersteht, ist an dem vorderen Mittelgehäuse 11 durch einen Bolzen 21 be­ festigt. Eine hohle Kupplungsantriebswelle 23 ist an ihren entgegengesetzten Enden im vorderen Mittelgehäuse 11 und dem hinteren Mittelgehäuse 12 durch ein Paar von Kugellagern 22, 22 gelagert, und ein Antriebskegelrad 26, das einstückig am Hinterende der Eingangswelle 18 geformt ist, kämmt mit einem Folgerkegelrad 25, das durch einen Bolzen 24 an der Kupplungsan­ triebswelle 23 befestigt ist. Die Eingangswelle 18 und die Kupplungsantriebs­ welle 23 sind zueinander versetzt und liegen nicht in derselben Ebene. Daher haben das Folgerkegelrad 25 und das Antriebskegelrad 26 eine Hypoidver­ zahnung.
Die linke Ausgangswelle 29 L ist koaxial zu der Kupplungsantriebswelle 23 durch ein Kugellager 27 gelagert, das an dem linken Seitengehäuse 13 L an­ gebracht ist, sowie ein Nadellager 28, das am linken Ende der Kupplungs­ antriebswelle 23 angebracht ist. Die linke Antriebswelle 3 L (siehe Fig. 1) ist an ihrem rechten Ende mit dem linken Ende der linken Ausgangswelle 29 L, die aus dem linken Seitengehäuse 13 L vorsteht, durch eine Kupplung 30 ge­ koppelt. Der rechte Hinterradgeschwindigkeitssensor S2, der zur Erfassung der Drehzahl der linken Ausgangswelle 29 L einem an der linken Ausgangs­ welle 29 L befestigten Rotor 31 gegenübersteht, ist durch einen Bolzen 32 an dem linken Seitengehäuse 13 L befestigt.
Die im linken Seitengehäuse 13 L aufgenommene linke elektromagnetische Kupplung CL umfaßt ein Kupplungsaußenelement 36, das mit dem linken En­ de der Kupplungsantriebswelle 23 über Längsverzahnung gekuppelt ist, ein Kupplungsinnenelement 37, das mit dem rechten Ende der linken Ausgangs­ welle 29 L über Längsverzahnung gekuppelt ist, eine Mehrzahl von Kupplungs­ scheiben 38, die axial verschiebbar, jedoch nichtdrehbar am Innenumfang des Kupplungsaußenelements 36 gelagert sind, eine Mehrzahl von Kupp­ lungsplatten 39, die axial verschiebbar, jedoch nicht drehbar am Außenum­ fang des Kupplungsinnenelements 37 gelagert sind und abwechselnd auf den Kupplungsscheiben 38 aufliegen, sowie einen Kupplungskolben 40, der axial verschiebbar am Außenumfang des Kupplungsinnenelements 37 gelagert ist, um die Kupplungsscheiben 38 und die Kupplungsplatten 38 in engen Kontakt miteinander zu bringen.
Ein Kugelanlaufmechanismus 44 ist am Außenumfang der linken Ausgangs­ welle 29 L vorgesehen und umfaßt ein stationäres Anlaufelement 41, ein be­ wegliches Anlaufelement 42 und eine Mehrzahl von Kugeln 43. Die linke Seite des stationären Anlaufelements 41 steht der rechten Seite des Kugel­ lagers 27 gegenüber, wobei ein Schublager 47 dazwischen angeordnet ist, und die rechte Seite des beweglichen Anlaufelements 42 steht der linken Seite des Kupplungsinnenelements 37 gegenüber, mit dazwischen angeord­ neter Feder 46, sowie der linken Seite des Kupplungskolbens 40 gegenüber, mit einem kleinen, dazwischen belassenen Spalt. Eine Außenumfangsfläche des stationären Anlaufelements 41 ist über Längsverzahnung bei 48 mit der Innenumfangsfläche eines später zu beschreibenden Spulengehäuses 47 ge­ koppelt, und eine Innenumfangsfläche des beweglichen Anlaufelements 42 ist durch Längsverzahnung bei 49 mit der Außenumfangsfläche der linken Ausgangswelle 29 L gekoppelt.
Wie aus der Zusammenschau von Fig. 6 mit den anderen Figuren zu entneh­ men, sind dreieckige Anlaufnuten 41 1 und 42 1 mit vorbestimmten Abständen an gegenüberliegende Flächen der Anlaufelemente 41 und 42 des Kugelan­ laufmechanismus 44 vorgesehen, und die Kugeln 43 sind zwischen den ge­ genüberliegenden Anlaufnuten 41 1 und 42 1 angeordnet.
Wie aus Fig. 7 ersichtlich, ist ein Elektromagnet 50 radial außerhalb des Ku­ gelanlaufmechanismus 44 angeordnet und umfaßt eine ringförmige Spule 52, die mit Isoliermaterial 51 bedeckt ist, ein ringförmiges Spulengehäuse 47, welches eine Innenumfangsfläche, eine Außenumfangsfläche und eine rechte Seite der Spule 42 abdeckt, sowie einen ringförmigen Anker 54, der an der rechten Seite des Spulengehäuses 47 angeordnet ist. Die Spule 52 ist durch ein nichtgezeigtes Mittel an dem linken Seitengehäuse 13 L befestigt, und das Spulengehäuse 47 ist durch den Kugelanlaufmechanismus 44 zur Drehung um die linke Ausgangswelle 29 L gelagert. Ein Außenumfang des Ankers 54 ist durch Längsverzahnung bei 55 mit dem Kupplungsaußenelement 36 ge­ koppelt, und eine rechte Seite des Ankers 54 steht der linken Seite des Kupp­ lungskolbens 40 gegenüber, wobei dazwischen eine Tellerfeder 56 angeord­ net ist.
Ein (vom Anker 54 entferntes) linkes Ende des Spulengehäuses 47 steht um einen Abstand L vom linken Ende der Spule 52 nach links vor (Fig. 7), wo­ durch sich leicht ein mit durchgehender Linie gezeigter geschlossener Ma­ gnetkreis bildet, um die Magnetflußdichte zu verbessern, um die Anziehungs­ kraft des Ankers 54 zu erhöhen, im Vergleich zu dem Fall, in dem das linke Ende des Spulengehäuses 47 an einer Stelle rechts vom linken Ende der Spu­ le 52 endet. Spalte α, α sind zwischen der am linken Seitengehäuse 13 L fe­ sten Spule 52 und dem Spulengehäuse 47 gebildet, das relativ zur Spule 52 gedreht wird. Durch Minimierung der Größe der Spalte α, α kann jedoch die Magnetflußdichte weiter verbessert werden. Durch die Ausbildung der Spule 52, des Spulengehäuses 47 und des Ankers 54 aus Material mit hoher relati­ ver magnetischer Durchlässigkeit, wie etwa Silicium, Permalloy und derglei­ chen, kann der geschlossene Magnetkreis unterbrochen werden, um zu ver­ hindern, daß der Magnetfluß zu einem anderen Element austritt.
Ein Spalt β ist zwischen der Außenumfangsfläche des beweglichen Anlauf­ elements 42 und der Innenumfangsfläche des Spulengehäuses 47 gebildet, und ein Spalt γ ist zwischen einer Innenumfangsfläche des stationären An­ laufelements 41 und der Außenumfangsfläche der linken Ausgangswelle 29 L gebildet. Diese Spalte β und γ ermöglichen es, daß der Betrag des Magnet­ flusses, der aus dem geschlossenen Magnetkreis durch die stationären und beweglichen Anlaufelemente 41 und 42 zur linken Ausgangswelle 29 L aus­ tritt, auf ein Minimum gedrückt wird, um hierdurch die Anziehungskraft des Ankers 54 zu erhöhen und die von der Spule 52 verbrauchte elektrische Ener­ gie zu reduzieren.
Wie aus den Fig. 8 und 9 ersichtlich, ist eine Ölpumpe 61, die im Innen­ raum im vorderen Mittelgehäuse 11 und im hinteren Mittelgehäuse 12 aufge­ nommen ist, als Trochoidpumpe ausgebildet und umfaßt ein Pumpengehäuse 63, das an einer Innenfläche des vorderen Mittelgehäuses 11 durch Bolzen 62, 62 befestigt ist, einen Pumpendeckel 65, der mit dem Pumpengehäuse 63 durch Bolzen 64 verbunden ist, einen innen verzahnten Außenrotor 66, der drehbar in dem Pumpengehäuse 63 und dem Pumpendeckel 65 aufge­ nommen ist, sowie einen außen verzahnten Innenrotor 67, der am Außen­ umfang der Kupplungsantriebswelle 23 befestigt ist und mit dem Außenrotor 66 kämmt.
Schmieröl befindet sich in einem Raum unter den vorderen und hinteren Mit­ telgehäusen 11 und 12. Ein Ölsieb 70 ist in einer Ölpassage 69 angebracht, die sich von einem Einlaßdurchgang 68 nach unten erstreckt, der im unteren Bereich des Pumpengehäuses 63 und des Pumpendeckels 65 festgelegt ist, und ist in das Öl eingetaucht. Ein Auslaßdurchgang 71 ist im oberen Bereich des Pumpengehäuses 63 und dem Pumpendeckel 65 ausgebildet und kom­ muniziert mit einer Ölpassage 23 2, die axial in der Kupplungsantriebswelle 23 ausgebildet ist, durch eine Ölbohrung 23 1, die radial in der Kupplungs­ antriebswelle 23 ausgebildet ist. Der Innenraum in den vorderen und hinteren Mittelgehäusen 11 und 12 kommuniziert mit dem Innenraum der linken und rechten Seitengehäuse 13 L und 13 R durch mehrere Durchgangsbohrungen 11 1 und 12 1.
Ein rechtes Ende einer Ölpassage 29 i (siehe Fig. 3), die axial in der linken Ausgangswelle 29 L ausgebildet ist, kommuniziert mit dem linken Ende der Ölpassage 23 2, die axial in der Kupplungsantriebswelle 23 ausgebildet ist. Ölbohrungen 29 2 und 29 3, die radial von der Ölpassage 29 1 verlaufen, sind in der linken Ausgangswelle 29 L ausgebildet. Ein Satz von Ölbohrungen 29 2 steht einer im Kupplungsinnenelement 37 gebildeten Ölbohrung 37 1 gegen­ über, und die anderen Bohrungen 29 3 stehen dem Schublager 45 gegenüber, das zwischen dem Kugellager 27 und dem Kugelanlaufmechanismus 44 an­ geordnet ist.
Nachfolgend wird der Betrieb dieser Ausführung der oben beschriebenen Konstruktion beschrieben.
Wenn das Fahrzeug anfährt, wird Antriebskraft des Motors E zu den linken und rechten Vorderrädern WFL und WFR durch das Getriebe M, das vordere Differential DF und die Antriebswellen 1 L und 1R übertragen. Die Antriebskraft des Motors E wird auch zum hinteren Differential DR durch die Kardanwelle 2 übertragen, um die Eingangswelle 18, das Antriebskegelrad 26, das Folgerke­ gelrad 25 und die Kupplungsantriebswelle 23 zu drehen. Jedoch befinden sich die linken und rechten elektromagnetischen Kupplungen CL und CR in ihren nichteingerückten Zuständen, und daher werden die Hinterräder WRL und WRR nicht angetrieben. Hierbei werden die Drehzahlen der Vorderräder durch den an der Eingangswelle 18 des hinteren Differentials DR angebrach­ ten Vorderraddrehzahlsensor S1 erfaßt, und die Drehzahlen der Hinterräder werden durch die an den linken und rechten Ausgangswellen 29 L und 29 R des hinteren Differentials DR angebrachten Hinterradgeschwindigkeitssenso­ ren S2 und S2 erfaßt. In dem Moment, in dem die Antriebskraft auf die Vor­ derräder WFL und WFR übertragen wurde, wird jedoch die Antriebskraft noch nicht auf die Hinterräder WRL und WRR übertragen, weil sich die linken und rechten elektromagnetischen Kupplungen CL und CR in ihren nichteingerück­ ten Zuständen befinden. Daher entsteht eine Differenzdrehung zwischen den Vorderrädern WFL und WFR und den Hinterrädern WRL und WRR. Wenn die Dif­ ferenzdrehung zwischen den Vorderrädern WFL und WFR und den Hinterrädern WRL und WRR erfaßt wird, werden die linken und rechten elektromagnetischen Kupplungen CL und CR in ihre eingerückten Zustände gebracht, und zwar auf Basis eines Signals von der elektronischen Steuereinheit U, um hierdurch die Drehung der Kupplungsantriebswelle 23 auf die Hinterräder WRL und WRR durch die linken und rechten Ausgangswellen 29 L und 29 R und die linken und rechten Antriebswellen 3 L und 3 R übertragen zu können. Auf diese Weise wird das Fahrzeug in den Vierradantriebszustand gebracht.
Der Betrieb der elektromagnetischen Kupplungen CL und CR wird nun als Bei­ spiel anhand der linken elektromagnetischen Kupplung CL beschrieben, die in Fig. 4 gezeigt ist. Wenn der Elektromagnet 50 nicht erregt ist, ist die Anzie­ hungskraft des Ankers 54 zum Spulengehäuse 47 gelöst, und daher sind das Spulengehäuse 47 und der Anker 54 relativ zueinander drehbar. In diesem Zustand befinden sich die Kupplungsantriebswelle 23, das Kupplungsaußen­ element 36, die Kupplungsscheiben 38 und der Anker 54 in ihren integriert verbundenen Zuständen, und die linke Ausgangswelle 29 L, das Kupplungs­ innenelement 37, der Kupplungskolben 40 und der Kugelanlaufmechanismus 44 und das Spulengehäuse 47 befinden sich auch in ihren integral verbunde­ nen Zuständen. Daher ist die Kraftübertragung von der Kupplungsantriebs­ welle 23 auf die linke Ausgangswelle 29 L unterbrochen, da der Anker 54 relativ zu dem Spulengehäuse 47 gleitet.
Wenn die Spule 52 des Elektromagneten 50 durch einen Befehl von der elek­ tronischen Steuereinheit U erregt wird, wird der Anker 54 zu dem Spulen­ gehäuse 47 angezogen und mit diesem integral verbunden. Infolgedessen wird die Drehung der Kupplungsantriebswelle 23 durch das Kupplungsaußen­ element 36, den Anker 54 und das Spulengehäuse 47 auf das stationäre Anlaufelement 41 des Kugelanlaufmechanismus 44 übertragen, um hierdurch die in Fig. 6 mit den Pfeilen A und B gezeigten Relativdrehungen zwischen dem mit der Kupplungsantriebswelle 23 integrierten stationären Anlaufele­ ment 41 und dem mit der Ausgangswelle 29 L integrierten beweglichen An­ laufelement 42 zu erzeugen. Wenn das stationäre Anlaufelement 41 und das bewegliche Anlaufelement 42 relativ zueinander gedreht worden sind, wird das bewegliche Anlaufelement 42 von dem stationären Anlaufelement 41 gegen eine Vorspann kraft der Feder 46 nach rechts bewegt, und zwar durch eine Reaktionskraft, die von den Anlaufnuten 41 1 und 42 1 von den Kugeln 43 aufgenommen wird, und drückt den Kupplungskolben 40 nach rechts, um die Kupplungsscheiben 38 und die Kupplungsplatten 39 miteinander in Eingriff zu bringen.
Somit wird das Kupplungsaußenelement 36 direkt mit dem Kupplungsinnen­ element 37 durch die Kupplungsscheiben 38 und die Kupplungsplatten 39 gekoppelt, und die linke elektromagnetische Kupplung CL wird in eingerück­ ten Zustand gebracht, so daß die Drehung der Kupplungsantriebswelle 23 auf die linke Ausgangswelle 29 L übertragen werden kann. Wenn die linken und rechten elektromagnetischen Kupplungen CL und CR in ihre eingerückten Zu­ stände gebracht worden sind, werden die linken und rechten Hinterräder WRL und WRR angetrieben. Auf diese Weise wird das Fahrzeug V in den Vierrad­ antriebszustand gebracht.
Das hintere Differential DR ist in der Lage, eine Differenz zwischen den Ein­ griffskräften der linken und rechten elektromagnetischen Kupplungen CL und CR zu erzeugen, indem man den Betrag des elektrischen Stroms steuert, der den Spulen 52, 52 der linken und rechten Elektromagneten 50, 50 zugeführt wird, so daß beliebige Drehmomente auf die linken und rechten Hinterräder WRL und WRR verteilt werden können, um hierdurch die Lenkcharakteristik des Fahrzeugs zu steuern. Bei Kurvenfahrt des Fahrzeugs wird eine Bezugsgierra­ te berechnet, zum Beispiel auf Basis des durch den Lenkwinkelsensor 53 er­ faßten Lenkwinkels, ein auf Basis von Ausgaben des Vorderradgeschwindig­ keitssensors S1 und der Hinterradgeschwindigkeitssensoren S2, S2 berechne­ ten Fahrzeuggeschwindigkeit, sowie einer durch den Querbeschleunigungs­ sensor S5 erfaßten Querbeschleunigung. Diese Bezugsgierrate wird mit einer vom Gierratensensor S4 erfaßten momentanen Gierrate verglichen. Wenn als Ergebnis des Vergleichs das Fahrzeug eine Übersteuertendenz oder Unter­ steuertendenz zeigt, läßt sich eine Steuerung durchführen, um die Übersteu­ ertendenz oder die Untersteuertendenz zu beseitigen.
Insbesondere, wenn das Fahrzeug die Übersteuertendenz zeigt, kann ein Gier­ moment erzeugt werden, das die Fahrzeugkarosserie in Bezug auf die Kurven­ fahrt des Fahrzeugs nach außen dreht, um die Übersteuertendenz zu beseiti­ gen, indem die Eingriffskraft der elektromagnetischen Kupplung CL oder CR, die sich bei Kurvenfahrt des Fahrzeugs an der Innenseite befindet, erhöht wird, und durch Senken der Eingriffskraft der elektromagnetischen Kupplung CL oder CR, die sich bei Kurvenfahrt des Fahrzeugs an der Außenseite befin­ det. Wenn das Fahrzeug die Untersteuertendenz zeigt, kann ein Giermoment erzeugt werden, welches die Fahrzeugkarosserie in Bezug auf die Kurvenfahrt des Fahrzeugs nach innen dreht, um die Untersteuertendenz zu beseitigen, indem die Eingriffskraft der elektromagnetischen Kupplung CL oder CR, die sich während der Kurvenfahrt des Fahrzeugs an der Innenseite befindet, gesenkt wird, und die Eingriffskraft der elektromagnetischen Kupplung CL oder CR, die sich während der Kurvenfahrt des Fahrzeugs an der Außenseite befindet, erhöht wird.
Wenn der Fahrer den Differentialsperrschalter S6 betätigt hat, werden die linken und rechten elektromagnetischen Kupplungen CL und CR zur maximalen Drehmomentübertragung in ihre eingerückten Zustände gebracht. Auf diese Weise wird das Fahrzeug V in den Vierradantriebszustand sowie in den Sperr­ differentialzustand gebracht, in dem die linken und rechten Hinterräder WRL und WRR integral miteinander gekoppelt werden, was einen Beitrag zur Erhö­ hung der Antriebskraft liefern kann, wenn das Fahrzeug etwa von einer rut­ schigen Stelle wegfahren soll.
Somit kann man leicht zwischen einem Vierradantriebszustand und dem Vor­ derradantriebszustand umschalten, unter Verwendung einer einfachen Struk­ tur, bei der die beiden elektromagnetischen Kupplungen CL und CR lediglich beim hinteren Differential DR vorgesehen sind. Ferner läßt sich jede beliebige Antriebskraft auf die linken und rechten Hinterräder WRL und WRR übertragen, und man erhält einen Sperrdifferentialmechanismus.
Die geeignete Höhe des maximal übertragenen Drehmoments, das durch das hintere Differential DR auf die Hinterräder WRL und WRR übertragen wird, än­ dert sich in Abhängigkeit vom Reibkoeffizient der Straßenoberfläche. Er­ wünscht ist, daß für eine Straßenfläche mit kleinerem Reibkoeffizient das maximal übertragene Drehmoment gesenkt wird, und daß bei einer Straße mit größerem Reibkoeffizient das maximal übertragene Drehmoment erhöht wird. Wenn das maximal übertragene Drehmoment gemäß folgender Gleichung (Gewicht der Hinterradachse × Reibkoeffizient der Straßenoberfläche × Rei­ fenradius) definiert wird, dann läßt sich ein maximal übertragenes Drehmo­ ment erzielen, das für den jeweiligen Reibkoeffizient der Straßenoberfläche geeignet ist.
Wenn das maximal übertragene Drehmoment auf einen größeren Wert gelegt wird, so daß er für eine Straßenfläche mit höherem Reibkoeffizient wie etwa einer Asphaltstraße geeignet ist, wird die erforderliche Kapazität der elektro­ magnetischen Kupplungen CL und CR größer, wodurch relativ große elektro­ magnetische Kupplungen CL und CR erforderlich sind. Jedoch läßt sich ein maximal übertragenes Drehmoment, das für verschiedenerlei Straßenober­ flächen unterschiedlicher Reibkoeffizienten geeignet ist, erzielen, indem man die Eingriffskräfte der elektromagnetischen Kupplungen CL und CR auf einer Straßenoberfläche mit geringem Reibkoeffizienten, wie etwa einer verschnei­ ten Straße, begrenzt. Wenn das maximal übertragene Drehmoment auf einen kleineren Wert gelegt wird, der für eine Straßenoberfläche mit geringem Reib­ koeffizient geeignet ist, kommt man mit kleineren elektromagnetischen Kupp­ lungen CL und CR aus, und hierdurch läßt sich die Größe des hinteren Diffe­ rentials DR reduzieren, wobei jedoch auf einer Straßenfläche mit höherem Reibkoeffizient das maximal übertragene Drehmoment in einigen Fällen unge­ nügend sein kann.
Indem man das maximal übertragene Drehmoment, das durch das hintere Differential DR auf die Hinterräder WRL und WRR übertragen wird, derart fest­ legt, daß das maximal übertragene Drehmoment einen Maximalwert ein­ nimmt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit gering ist, und das maximal über­ tragene Drehmoment mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit gesenkt wird, wie in Fig. 10 gezeigt, lassen sich die Abmessungen der elektromagne­ tischen Kupplungen CL und CR, des Antriebskegelrads 26 sowie des Folgerke­ gelrads 25 reduzieren und läßt sich deren Haltbarkeit verbessern. Die Lei­ stung des Motors E, die durch das hintere Differential DR auf die Hinterräder WRL und WRR übertragen wird, ist nämlich proportional zum Produkt des maxi­ mal übertragenen Drehmoments und der Fahrzeuggeschwindigkeit. Wenn jedoch das maximal übertragene Drehmoment mit zunehmender Fahrzeug­ geschwindigkeit gesenkt wird, läßt sich verhindern, daß die auf die Hinterrä­ der WRL und WRR übertragene Leistung entsprechend zunehmender Fahrzeug­ geschwindigkeit zunimmt. Auch wenn somit die Abmessungen der elektro­ magnetischen Kupplungen CL und CR, des Antriebskegelrads 26 und des Fol­ gerkegelrads 25 reduziert sind, läßt sich eine Abnahme der Haltbarkeit verhin­ dern, weil bei höherer Fahrzeuggeschwindigkeit eine größere Leistung über­ tragen wird.
Wenn nun die Kupplungsantriebswelle 23 des hinteren Differentials DR ge­ dreht wird, werden der Innenrotor 67 und der Außenrotor 66 der Ölpumpe 61, die in den vorderen und Mittelgehäusen 11 und 12 untergebracht ist, gedreht, wodurch das in den vorderen und hinteren Mittelgehäusen 11 und 12 befindliche Öl aus dem Ölfilter 70 in die Ölpassage 69 in den Einlaßdurch­ gang 68 gesaugt wird und von dem Auslaßdurchgang 71 über die Ölbohrung 23 1 in die Ölpassage 23 2 ausgegeben wird, die in der Kupplungsantriebswelle 23 gebildet ist. Das Öl, welches von der in der Kupplungsantriebswelle 23 befindlichen Ölpassage 23 2 in die in den linken und rechten Ausgangswellen 29 L und 29 R befindlichen Ölpassagen 29 1, 29 1 fließt, fließt durch die Ölboh­ rungen 29 2 und 29 3, die radial von den Ölpassagen 29 1, 29 1 ausgehen, zur Außenseite der Kupplungsantriebswelle 23. Ein Teil dieses Öls läuft durch die im Kupplungsinnenelement 37 gebildeten Ölbohrungen 37 1 zur Schmierung der Kupplungsscheiben 38 und der Kupplungsplatten 39, und ein anderer Teil des Öls schmiert die Kugellager 27, 27, die Nadellager 28, 28, die Kugelan­ laufmechanismen 44, 44, die Schublager 45, 45 und dergleichen. Das Öl kehrt nach Schmierung dieser Teile von den linken und rechten Seitengehäu­ sen 13 L und 13 R durch die Durchgangsbohrungen 11 1 und 121 in die vorderen und hinteren Mittelgehäuse 11 und 12 zurück.
Weil die Ölpumpe 61 an dieser Stelle angeordnet ist, in der sie sandwichartig zwischen den rechten und linken elektromagnetischen Kupplungen CL und CR angeordnet ist, wie oben beschrieben, kann die Länge der Ölpassagen zur Ölzufuhr von der Ölpumpe 61 zu den elektromagnetischen Kupplungen CL und CR minimiert werden. Ferner sind die Ölpassagen 23 2 und 29 1, 29 1 so angeordnet, daß sie durch die Innenseiten der Kupplungsantriebswelle 23 und die linken und rechten Ausgangswellen 29 L und 29 R verlaufen, die in Serie verbunden sind, so daß gesonderte Rohre nicht erforderlich sind und auch der Strömungswiderstand des Öls gesenkt werden kann.
Wenn das Antriebskegelrad 26 und das Folgerkegelrad 25 in den vorderen und hinteren Mittelgehäusen 11 und 12 angeordnet sind, entsteht ein To­ traum mit zwei Wegen, die von den Kegelrädern 25 und 26 umgeben sind. Jedoch kann die Größenzunahme der vorderen und hinteren Mittelgehäuse 11 und 12 verhindert werden, indem die Ölpumpe 61 unter Nutzung dieses To­ traums angeordnet wird. Insbesondere weil die Ölpumpe 61 als Trochoidpum­ pe ausgebildet ist, deren Innenrotor 67 an der Kupplungsantriebswelle 23 befestigt ist, wird die Anordnung der Ölpumpe 61 in dem Totraum erleichtert.
Ferner öffnet sich die Ölpassage 69, die mit dem Einlaßdurchgang 68 zur Ölpumpe 61 verbunden ist, direkt in die Unterseiten der vorderen und hinte­ ren Mittelgehäuse 11 und 12, und daher ist es möglich, eine Luftmitnahme während Bergfahrt des Fahrzeugs V wirkungsvoll zu verhindern. Ferner wir­ ken das Folgerkegelrad 25 und die Ölpumpe 61, die im Innenraum in den vorderen und hinteren Mittelgehäusen 11 und 12 angeordnet sind, als Prall­ platte, und daher läßt sich ein Hin- und Herschwappen der Öloberfläche ver­ hindern, das weiter das Mitnehmen von Luft wirkungsvoll verhindert.
Weil das Gehäusemittel des hinteren Differentials DR in vier Abschnitte unter­ teilt ist, nämlich das vordere Mittelgehäuse 11, das hintere Mittelgehäuse 12 und die linken und rechten Seitengehäuse 13 L und 13 R, läßt sich die Prüfung und Einstellung der Eingriffszustände des Antriebskegelrads 26 und des Fol­ gerkegelrads 25, die in den vorderen und hinteren Mittelgehäusen 11 und 12 zusammenwirken, leicht durchführen, indem man die linken und rechten Sei­ tengehäuse 13 L und 13 R entfernt und das hintere Mittelgehäuse 12 von dem vorderen Mittelgehäuse 11 trennt. Ferner kann die Wartung der elektroma­ gnetischen Kupplungen CL und CR, die in den linken und rechten Seitengehäu­ sen 13 L und 13 R zusammengebaut sind, leicht durchgeführt werden, indem man lediglich die linken und rechten Seitengehäuse 13 L und 13 R entfernt. Ferner läßt sich die Struktur einer Form zur Herstellung des Gehäusemittels in einem Gußprozeß vereinfachen, im Vergleich zu einem Fall, in dem das Ge­ häusemittel in zwei Teile unterteilt ist.
Anstelle der in dieser Ausführung gezeigten elektromagnetischen Kupplungen CL und CR lassen sich auch andere Kupplungstypen verwenden, wie etwa hydraulische Kupplungen. Die Erfindung ist nicht auf Frontmotorfahrzeuge beschränkt, sondern auch bei Heckmotorfahrzeugen und Mittelmotorfahr­ zeugen anwendbar. Das Differential mit den linken und rechten Kupplungen CR und CR ist nicht auf das hintere Differential DR beschränkt, sondern kann auch ein vorderes Differential sein.
Ein hinteres Differential DR in einem Fahrzeug mit Vierradantrieb enthält linke und rechte Kupplungen CL, CR, die zur Antriebskraftverteilung von den Vor­ derrädern WFL, WFR durch eine Kardanwelle 2 zu linken und rechten Hinterrä­ dern WRL, WRR ausgelegt sind. Wenn der Eingriff der linken und rechten Kupp­ lungen CL, CR gelöst wird, werden nur die Vorderräder angetrieben, und das Fahrzeug fährt in einem Vorderradantriebszustand. Wenn die linken und rech­ ten Kupplungen CL, CR in ihre Eingriffszustände gebracht werden, werden sowohl die Vorder- als auch die Hinterräder angetrieben, und das Fahrzeug fährt in einem Vierradantriebszustand. Durch Ändern der Eingriffskräfte der linken und rechten Kupplungen lassen sich unterschiedliche Antriebskräfte auf die linken und rechten Hinterräder übertragen. Wenn darüber hinaus der Fahrer einen Differentialsperrschalter betätigt, werden die linken und rechten Kupplungen mit der maximalen Eingriffskraft in ihre Eingriffszustände ge­ bracht, um hierdurch die Kardanwelle 2 integral mit den linken und rechten Hinterrädern WRL, WRR zu koppeln, um einen Differentialsperrzustand vorzuse­ hen. Somit läßt sich an dem Differential DR ein einfach strukturierter Differen­ tialsperrmechanismus vorsehen.

Claims (1)

  1. Fahrzeug mit Vierradantrieb, umfassend:
    einen Motor (E),
    ein Mittel (DF) zur Antriebskraftübertragung von dem Motor (E) zu einem Satz (WFL, WFR) eines Satzes linker und rechter Vorderräder (WFL, WFR) und eines Satzes linker und rechter Hinterräder (WRL, WRR),
    eine Eingangswelle (2) und ein Differential (DR) zur Antriebskraft­ verteilung zum anderen Satz (WRL, WRR) des Satzes linker und rechter Vorderräder und des Satzes linker und rechter Hinterräder, wobei das Differential (DR) linke und rechte Kupplungen (CL, CR) aufweist, die lin­ ke und rechte Räder des anderen Satzes (WRL, WRR) der linken und rechten Räder mit veränderlicher Eingriffskraft mit der Eingangswelle (2) kuppeln können, und
    ein vom Fahrzeugfahrer zu betätigendes Mittel (S6), um die lin­ ken und rechten Kupplungen (CL, CR) mit maximaler Eingriffskraft in Eingriff zu bringen.
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