DE19800326B4

DE19800326B4 - Vierradgetriebenes Fahrzeug

Info

Publication number: DE19800326B4
Application number: DE19800326A
Authority: DE
Inventors: Koji Wako Kuroda; Takayuki Wako Yakou; Kazunori Wako Kobayashi; Tetsuro Wako Hamada
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1997-01-14
Filing date: 1998-01-07
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2018-01-08
Also published as: CA2226698A1; US6095276A; CA2226698C; DE19800326A1; JPH10194005A

Abstract

Fahrzeug mit Vierradantrieb, umfassend:
– einen Motor (E);
– linke und rechte Vorderräder (W_FL, W_FR) und linke und rechte Hinterräder (W_RL, W_RR);
– ein Getriebe (M) zur Übertragung einer Antriebskraft von dem Motor (E) zu den Vorderrädern (W_FL, W_FR) und den Hinterrädern (W_RL, W_RR) durch jeweilige Differentiale (D_F, D_R);
– eine Eingangswelle (18) sowie linke und rechte Kupplungen (C_L, C_R), die in einem der Differentiale (D_R) enthalten und zwischen der Eingangswelle (18) und den über dieses eine Differential (D_R) angetriebenen Vorderrädern (W_FL, W_FR) oder Hinterrädern (W_RL, W_RR) angeordnet sind, wobei die linken und rechten Kupplungen (C_L, C_R) die zugeordneten Vorderräder (W_FL, W_FR) oder Hinterräder (W_RL, W_RR) mit der Eingangswelle (18) mit veränderlicher Eingriffskraft kuppeln können;
– Radgeschwindigkeitenssensoren (S₁, S₂) zum Erfassen von Radgeschwindigkeiten;
– eine Steuereinheit (U) zum Steuern der Eingriffskraft der linken und rechten Kupplungen (C_L, C_R);
dadurch gekennzeichnet, dass...

Description

Die Erfindung betrifft ein vierradgetriebenes Fahrzeug gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die meisten heutigen vierradgetriebenen Fahrzeuge besitzen einen permanenten Vierradantrieb, mit einem vorderen Differential zur Antriebskraftverteilung zwischen den linken und rechten Vorderrädern, einem Mitteldifferential zu 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 rechten Hinterräder das Fahrzeug mit permanentem Vierradantrieb, das Problem, daß man eine Differentialsperrvorrichtung am Mitteldifferential und am hinteren Differential anbringen muß, was in unerwünschter Weise die Teilezahl vergrößert und eine komplizierten Struktur mit sich bringt. Das Fahrzeug mit zuschaltbarem Vierradantrieb hat das Problem, daß wegen der am Übergangsmittel vorgesehene Kupplungen die Teilezahl erhöht und die Struktur kompliziert ist.

Die gattungsbildende DE 40 39 392 C2 offenbart, dass zur Erhöhung der Fahrstabilität bei zunehmender Geschwindigkeit der zu übertragende Drehmomentanteil erhöht wird.

In der US 5,141,072 A führt ein bei zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit abnehmender Drehmomentfaktor KV zu geringeren Drehmomenten, zur Verbesserung des Kurvenverhaltens.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einem gattungsgemäßen Fahrzeug mit Vierradantrieb die Haltbarkeit der Kupplungen mit geringem Aufwand zu verbessern, wobei dies auch bei betätigtem Differentialsperrschalter gegeben sein soll.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Fahrzeug mit Vierradantrieb gemäß Anspruch 1 angegeben.

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 Zweiradantriebszustand gebracht werden kann. Wenn die linken und rechten Kupplungen in ihre Eingriffszustände gebracht werden, werden beide Vorder- und Hinterradsätze angetrieben, wodurch das Fahrzeug in einen Vierradantriebszustand gebracht werden kann. In diesem Fall lassen sich, durch die Ändern der Eingriffskräfte der linken und rechten Kupplungen, unterschiedliche Antriebskräfte auf die anderen linken und rechten Räder verteilen, und auf diese Weise erhält man eine Differentialsperre. Wenn der Fahrer den Differentialsperrschalter betätigt, werden die linken und rechten Kupplungen mit der maximalen Eingriffskraft in ihre Eingriffszustände gebracht, und die Eingangswelle und die anderen linken und rechten Räder werden integral miteinander gekoppelt, um einen Differentialsperrzustand vorzusehen. Zu diesem Zweck werden nur die Eingriffkräfte der linken und rechten Kupplungen gesteuert bzw. geregelt, und daher lässt sich deren Haltbarkeit mit geringem Aufwand verbessern.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
1 eine Darstellung der gesamten Anordnung eines vierradgetriebenen Fahrzeugs;
2 eine Draufsicht des gesamten hinteren Differentials;
3 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des in 2 gezeigten hinteren Differentials;
4 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des in 2 gezeigten hinteren Differentials;
5 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des in 2 gezeigten hinteren Differentials;
6 eine vergrößerte Schnittansicht entlang Linie 6–6 in 4;
7 eine vergrößerte Ansicht eines in 4 gezeigten wesentlichen Teils;
8 eine Schnittansicht entlang Linie 8–8 in 3;
9 eine Schnittansicht entlang Linie 9–9 in 8; und
10 ein Diagramm der Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem maximal übertragenen Drehmoment einer Kupplung.
Gemäß 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 D_F, welches das Getriebe M mit Antriebswellen 1_L und 1_R linker und rechter Vorderräder W_FL und W_FR verbindet, ein Verteilergetriebe T, welches das vordere Differential D_F mit einer Kardanwelle 2 verbindet, sowie ein hinteres Differential D_R, welches die Kardanwelle 2 mit Antriebswellen 3_L und 3_R linker und rechter Hinterräder W_RL und W_RR verbindet. Das hintere Differential D_R ist in der Lage, die Antriebskraftübertragung zu den Antriebswellen 3_L und 3_R der Hinterräder W_RL und W_RR zu steuern. Wenn die Antriebskraftübertragung unterbrochen ist, wird das Fahrzeug in einen Vorderrad-Antriebszustand gebracht, in dem nur die Vorderräder W_FL und W_FR angetrieben sind. Bei Übertragung der Antriebskraft wird das Fahrzeug in einen Vierradantriebszustand gebracht, in dem sowohl die Vorderräder W_FL und W_FR als auch die Hinterräder W_RL und W_RR angetrieben sind. Im Vierradantriebszustand ist das hintere Differential D_R in der Lage, die Antriebskraftverteilung auf die linken und rechten Hinterräder W_RL und W_RR beliebig zu steuern.
Mit einer elektronischen Steuereinheit U verbunden sind ein Vorderradgeschwindigkeitssensor S₁ zum Erfassen einer Vorderradgeschwindigkeit auf Basis der Drehzahl der Kardanwelle 2, ein Paar von Hinterradgeschwindigkeitssensoren S₂, S₂ zum Erfassen von Hinterradgeschwindigkeiten auf Basis von Drehzahlen der linken und rechten Antriebswellen 3_L und 3_R der Hinterräder W_RL und W_RR, 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 Differentialsperrschalter S₆ zum Sperren des hinteren Differentials D_R. Die elektronische Steuereinheit U steuert linke und rechte elektromagnetische Kupplungen C_L und C_R (später beschrieben), die im hinteren Differential D_R angebracht sind, auf Basis der Signale von den Sensoren S₁ bis S₅ und dem Differentialsperrschalter S₆.
Die Struktur des hinteren Differentials D_R wird anhand der 2 bis 9 beschrieben. Das hintere Differential D_R hat eine im wesentlichen quersymmetrische 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 D_R 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. 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 Hinterende der Kardanwelle 2 (siehe 1) durch eine Kupplung 19 gekuppelt. Der Vorderradgeschwindigkeitssensor S₁, der zur Drehzahlerfassung der Eingangswelle 18 einem an der Eingangswelle 18 befestigten Rotor 20 gegenübersteht, ist an dem vorderen Mittelgehäuse 11 durch einen Bolzen 21 befestigt. 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 Kupplungsantriebswelle 23 befestigt ist. Die Eingangswelle 18 und die Kupplungsantriebswelle 23 sind zueinander versetzt und liegen nicht in derselben Ebene. Daher haben das Folgerkegelrad 25 und das Antriebskegelrad 26 eine Hypoidverzahnung.
Die linke Ausgangswelle 29_L ist koaxial zu der Kupplungsantriebswelle 23 durch ein Kugellager 27 gelagert, das an dem linken Seitengehäuse 13_L angebracht ist, sowie ein Nadellager 28, das am linken Ende der Kupplungsantriebswelle 23 angebracht ist. Die linke Antriebswelle 3_L (siehe 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 gekoppelt. Der rechte Hinterradgeschwindigkeitssensor S₂, der zur Erfassung der Drehzahl der linken Ausgangswelle 29_L einem an der linken Ausgangswelle 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 C_L umfaßt ein Kupplungsaußenelement 36, das mit dem linken Ende der Kupplungsantriebswelle 23 über Längsverzahnung gekuppelt ist, ein Kupplungsinnenelement 37, das mit dem rechten Ende der linken Ausgangswelle 29_L über Längsverzahnung gekuppelt ist, eine Mehrzahl von Kupplungsscheiben 38, die axial verschiebbar, jedoch nichtdrehbar am Innenumfang des Kupplungsaußenelements 36 gelagert sind, eine Mehrzahl von Kupplungsplatten 39, die axial verschiebbar, jedoch nicht drehbar am Außenumfang 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 Ausgangswelle 29_L vorgesehen und umfaßt ein stationäres Anlaufelement 41, ein bewegliches Anlaufelement 42 und eine Mehrzahl von Kugeln 43. Die linke Seite des stationären Anlaufelements 41 steht der rechten Seite des Kugellagers 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 angeordneter 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 gekoppelt, 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 6 mit den anderen Figuren zu entneh men, sind dreieckige Anlaufnuten 41₁ und 42₁ mit vorbestimmten Abständen an gegenüberliegende Flächen der Anlaufelemente 41 und 42 des Kugelanlaufmechanismus 44 vorgesehen, und die Kugeln 43 sind zwischen den gegenüberliegenden Anlaufnuten 41₁ und 42₁ angeordnet.
Wie aus 7 ersichtlich, ist ein Elektromagnet 50 radial außerhalb des Kugelanlaufmechanismus 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 gekoppelt, und eine rechte Seite des Ankers 54 steht der linken Seite des Kupplungskolbens 40 gegenüber, wobei dazwischen eine Tellerfeder 56 angeordnet 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 (7), wodurch sich leicht ein mit durchgehender Linie gezeigter geschlossener Magnetkreis bildet, um die Magnetflußdichte zu verbessern, um die Anziehungskraft 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 Spule 52 endet. Spalte α, α sind zwischen der am linken Seitengehäuse 13_L festen 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 relativer magnetischer Durchlässigkeit, wie etwa Silicium, Permalloy und dergleichen, 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 Anlaufelements 42 und der Innenumfangsfläche des Spulengehäuses 47 gebildet, und ein Spalt γ ist zwischen einer Innenumfangsfläche des stationären Anlaufelements 41 und der Außenumfangsfläche der linken Ausangswelle 29_L gebildet. Diese Spalte β und γ ermöglichen es, daß der Betrag des Magnetflusses, der aus dem geschlossenen Magnetkreis durch die stationären und beweglichen Anlaufelemente 41 und 42 zur linken Ausgangswelle 29_L austritt, auf ein Minimum gedrückt wird, um hierdurch die Anziehungskraft des Ankers 54 zu erhöhen und die von der Spule 52 verbrauchte elektrische Energie zu reduzieren.
Wie aus den 8 und 9 ersichtlich, ist eine Ölpumpe 61, die im Innenraum im vorderen Mittelgehäuse 11 und im hinteren Mittelgehäuse 12 aufgenommen 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 aufgenommen ist, sowie einen außen verzahnten Innenrotor 67, der am Außenumfang der Kupplungsantriebswelle 23 befestigt ist und mit dem Außenrotor 66 kämmt.
Schmieröl befindet sich in einem Raum unter den vorderen und hinteren Mittelgehäusen 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 kommuniziert mit einer Ölpassage 23₂ , die axial in der Kupplungsantriebswelle 23 ausgebildet ist, durch eine Ölbohrung 23₁ , 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 11₁ und 12₁ .
Ein rechtes Ende einer Ölpassage 29₁ (siehe 3), die axial in der linken Ausgangswelle 29_L ausgebildet ist, kommuniziert mit dem linken Ende der Ölpassage 23₂ , die axial in der Kupplungsantriebswelle 23 ausgebildet ist. Ölbohrungen 29₂ und 29₃ , die radial von der Ölpassage 29₁ verlaufen, sind in der linken Ausgangswelle 29_L ausgebildet. Ein Satz von Ölbohrungen 29₂ steht einer im Kupplungsinnenelement 37 gebildeten Ölbohrung 37₁ gegenüber, und die anderen Bohrungen 29₃ stehen dem Schublager 45 gegenüber, das zwischen dem Kugellager 27 und dem Kugelanlaufmechanismus 44 angeordnet 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 W_FL und W_FR durch das Getriebe M, das vordere Differential D_F und die Antriebswellen 1_L und 1_R übertragen. Die Antriebskraft des Motors E wird auch zum hinteren Differential D_R durch die Kardanwelle 2 übertragen, um die Eingangswelle 18, das Antriebskegelrad 26, das Folgerkegelrad 25 und die Kupplungsantriebswelle 23 zu drehen. Jedoch befinden sich die linken und rechten elektromagnetischen Kupplungen C_L und C_R in ihren nichteingerückten Zuständen, und daher werden die Hinterräder W_RL und W_RR nicht angetrieben. Hierbei werden die Drehzahlen der Vorderräder durch den an der Eingangswelle 18 des hinteren Differentials D_R angebrachten 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 D_R angebrachten Hinterradgeschwindigkeitssensoren S₂ und S₂ erfaßt. In dem Moment, in dem die Antriebskraft auf die Vor derräder W_FL und W_FR übertragen wurde, wird jedoch die Antriebskraft noch nicht auf die Hinterräder W_RR und W_RR übertragen, weil sich die linken und rechten elektromagnetischen Kupplungen C_L und C_R in ihren nichteingerückten Zuständen befinden. Daher entsteht eine Differenzdrehung zwischen den Vorderrädern W_FL und W_FR und den Hinterrädern W_RR. und W_RR. Wenn die Differenzdrehung zwischen den Vorderrädern W_FL und W_FR und den Hinterrädern W_RL und W_RR erfaßt wird, werden die linken und rechten elektromagnetischen Kupplungen C_L und C_R 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 W_RL und W_RR 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 C_L und C_R wird nun als Beispiel anhand der linken elektromagnetischen Kupplung C_L beschrieben, die in 4 gezeigt ist. Wenn der Elektromagnet 50 nicht erregt ist, ist die Anziehungskraft 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 Kupplungsaußenelement 36, die Kupplungsscheiben 38 und der Anker 54 in ihren integriert verbundenen Zuständen, und die linke Ausgangswelle 29_L , das Kupplungsinnenelement 37, der Kupplungskolben 40 und der Kugelanlaufmechanismus 44 und das Spulengehäuse 47 befinden sich auch in ihren integral verbundenen Zuständen. Daher ist die Kraftübertragung von der Kupplungsantriebswelle 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 elektronischen Steuereinheit U erregt wird, wird der Anker 54 zu dem Spulengehäuse 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 6 mit den Pfeilen A und B gezeigten Relativdrehungen zwischen dem mit der Kupplungsantriebswelle 23 integrierten stationären Anlaufelement 41 und dem mit der Ausgangswelle 29_L integrierten beweglichen Anlaufelement 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 Vorspannkraft der Feder 46 nach rechts bewegt, und zwar durch eine Reaktionskraft, die von den Anlaufnuten 41, und 42, 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 Kupplungsinnenelement 37 durch die Kupplungsscheiben 38 und die Kupplungsplatten 39 gekoppelt, und die linke elektromagnetische Kupplung C_L wird in eingerückten 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 C_L und C_R in ihre eingerückten Zustände gebracht worden sind, werden die linken und rechten Hinterräder W_RL und W_RR angetrieben. Auf diese Weise wird das Fahrzeug V in den Vierradantriebszustand gebracht.
Das hintere Differential D_R ist in der Lage, eine Differenz zwischen den Eingriffskräften der linken und rechten elektromagnetischen Kupplungen C_L und C_R 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 W_RL und W_RR verteilt werden können, um hierdurch die Lenkcharakteristik des Fahrzeugs zu steuern. Bei Kurvenfahrt des Fahrzeugs wird eine Bezugsgierrate berechnet, zum Beispiel auf Basis des durch den Lenkwinkelsensor S₃ er faßten Lenkwinkels, ein auf Basis von Ausgaben des Vorderradgeschwindigkeitssensors S₁ und der Hinterradgeschwindigkeitssensoren S₂, S₂ berechneten Fahrzeuggeschwindigkeit, sowie einer durch den Querbeschleunigungssensor 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 Untersteuertendenz zeigt, läßt sich eine Steuerung durchführen, um die Übersteuertendenz oder die Untersteuertendenz zu beseitigen.
Insbesondere, wenn das Fahrzeug die Übersteuertendenz zeigt, kann ein Giermoment erzeugt werden, das die Fahrzeugkarosserie in Bezug auf die Kurvenfahrt des Fahrzeugs nach außen dreht, um die Übersteuertendenz zu beseitigen, indem die Eingriffskraft der elektromagnetischen Kupplung C_L oder C_R, die sich bei Kurvenfahrt des Fahrzeugs an der Innenseite befindet, erhöht wird, und durch Senken der Eingriffskraft der elektromagnetischen Kupplung C_L oder C_R, die sich bei Kurvenfahrt des Fahrzeugs an der Außenseite befindet. 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 C_L oder C_R, die sich während der Kurvenfahrt des Fahrzeugs an der Innenseite befindet, gesenkt wird, und die Eingriffskraft der elektromagnetischen Kupplung C_L oder C_R, 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 C_L und C_R zur maximalen Drehmomentübertragung in ihre eingerückten Zustände gebracht. Auf diese Weise wird das Fahrzeug V in den Vierradantriebszustand sowie in den Sperrdifferentialzustand gebracht, in dem die linken und rechten Hinterräder W_RL und W_RR integral miteinander gekoppelt werden, was einen Beitrag zur Erhöhung der Antriebskraft liefern kann, wenn das Fahrzeug etwa von einer rut schigen Stelle wegfahren soll.
Somit kann man leicht zwischen einem Vierradantriebszustand und dem Vorderradantriebszustand umschalten, unter Verwendung einer einfachen Struktur, bei der die beiden elektromagnetischen Kupplungen C_L und C_R lediglich beim hinteren Differential D_R vorgesehen sind. Ferner läßt sich jede beliebige Antriebskraft auf die linken und rechten Hinterräder W_RL und W_RR übertragen, und man erhält einen Sperrdifferentialmechanismus.
Die geeignete Höhe des maximal übertragenen Drehmoments, das durch das hintere Differential D_R auf die Hinterräder W_RL und W_RR übertragen wird, ändert sich in Abhängigkeit vom Reibkoeffizient der Straßenoberfläche. Erwünscht 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 x Reibkoeffizient der Straßenoberfläche x Reifenradius) definiert wird, dann läßt sich ein maximal übertragenes Drehmoment 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 elektromagnetischen Kupplungen C_L und C_R größer, wodurch relativ große elektromagnetische Kupplungen C_L und C_R erforderlich sind. Jedoch läßt sich ein maximal übertragenes Drehmoment, das für verschiedenerlei Straßenoberflächen unterschiedlicher Reibkoeffizienten geeignet ist, erzielen, indem man die Eingriffskräfte der elektromagnetischen Kupplungen C_L und C_R auf einer Straßenoberfläche mit geringem Reibkoeffizienten, wie etwa einer verschneiten 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 Kupplungen C_L und C_R aus, und hierdurch läßt sich die Größe des hinteren Differentials D_R reduzieren, wobei jedoch auf einer Straßenfläche mit höherem Reibkoeffizient das maximal übertragene Drehmoment in einigen Fällen ungenügend sein kann.
Indem man das maximal übertragene Drehmoment, das durch das hintere Differential D_R auf die Hinterräder W_RL und W_RR übertragen wird, derart festlegt, daß das maximal übertragene Drehmoment einen Maximalwert einnimmt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit gering ist, und das maximal übertragene Drehmoment mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit gesenkt wird, wie in 10 gezeigt, lassen sich die Abmessungen der elektromagnetischen Kupplungen C_L und C_R, des Antriebskegelrads 26 sowie des Folgerkegelrads 25 reduzieren und läßt sich deren Haltbarkeit verbessern. Die Leistung des Motors E, die durch das hintere Differential D_R auf die Hinterräder W_RL und W_RR übertragen wird, ist nämlich proportional zum Produkt des maximal übertragenen Drehmoments und der Fahrzeuggeschwindigkeit. Wenn jedoch das maximal übertragene Drehmoment mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit gesenkt wird, läßt sich verhindern, daß die auf die Hinterräder W_RL und W_RR übertragene Leistung entsprechend zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt. Auch wenn somit die Abmessungen der elektromagnetischen Kupplungen C_L und C_R, des Antriebskegelrads 26 und des Folgerkegelrads 25 reduziert sind, läßt sich eine Abnahme der Haltbarkeit verhindern, weil bei höherer Fahrzeuggeschwindigkeit eine größere Leistung übertragen wird.
Wenn nun die Kupplungsantriebswelle 23 des hinteren Differentials D_R gedreht 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 Einlaßdurchgang 68 gesaugt wird und von dem Auslaßdurchgang 71 über die Ölbohrung 23₁ in die Ölpassage 23₂ ausgegeben wird, die in der Kupplungsantriebswelle 23 gebildet ist. Das Öl, welches von der in der Kupplungsantriebswelle 23 befindlichen Ölpassage 23₂ in die in den linken und rechten Ausgangswellen 29_L und 29_R befindlichen Ölpassagen 29₁ , 29₁ fließt, fließt durch die Ölbohrungen 29₂ und 29₃ , die radial von den Ölpassagen 29₁ , 29₁ ausgehen, zur Außenseite der Kupplungsantriebswelle 23. Ein Teil dieses Öls läuft durch die im Kupplungsinnenelement 37 gebildeten Ölbohrungen 37₁ 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 Kugelanlaufmechanismen 44, 44, die Schublager 45, 45 und dergleichen. Das Öl kehrt nach Schmierung dieser Teile von den linken und rechten Seitengehäusen 13_L und 13_R durch die Durchgangsbohrungen 11₁ 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 C_L und C_R angeordnet ist, wie oben beschrieben, kann die Länge der Ölpassagen zur Ölzufuhr von der Ölpumpe 61 zu den elektromagnetischen Kupplungen C_L und C_R minimiert werden. Ferner sind die Ölpassagen 23₂ und 29₁ , 29₁ 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 Totraum 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 Totraums angeordnet wird. Insbesondere weil die Ölpumpe 61 als Trochoidpumpe 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 hinteren Mittelgehäuse 11 und 12, und daher ist es möglich, eine Luftmitnahme während Bergfahrt des Fahrzeugs V wirkungsvoll zu verhindern. Ferner wirken das Folgerkegelrad 25 und die Ölpumpe 61, die im Innenraum in den vorderen und hinteren Mittelgehäusen 11 und 12 angeordnet sind, als Prallplatte, und daher läßt sich ein Hin- und Herschwappen der Öloberfläche verhindern, das weiter das Mitnehmen von Luft wirkungsvoll verhindert.
Weil das Gehäusemittel des hinteren Differentials D_R in vier Abschnitte unterteilt 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 Folgerkegelrads 25, die in den vorderen und hinteren Mittelgehäusen 11 und 12 zusammenwirken, leicht durchführen, indem man die linken und rechten Seitengehäuse 13_L und 13_R entfernt und das hintere Mittelgehäuse 12 von dem vorderen Mittelgehäuse 11 trennt. Ferner kann die Wartung der elektromagnetischen Kupplungen C_L und C_R, die in den linken und rechten Seitengehäusen 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 Gehäusemittel in zwei Teile unterteilt ist.
Anstelle der in dieser Ausführung gezeigten elektromagnetischen Kupplungen C_L und C_R lassen sich auch andere Kupplungstypen verwenden, wie etwa hydraulische Kupplungen. Die Erfindung ist nicht auf Frontmotorfahrzeuge beschränkt, sondern auch bei Heckmotorfahrzeugen und Mittelmotorfahrzeugen anwendbar. Das Differential mit den linken und rechten Kupplungen C_R und C_R ist nicht auf das hintere Differential D_R beschränkt, sondern kann auch ein vorderes Differential sein.
Ein hinteres Differential D_R in einem Fahrzeug mit Vierradantrieb enthält linke und rechte Kupplungen C_L, C_R, die zur Antriebskraftverteilung von den Vorderrädern W_FL, W_FR durch eine Kardanwelle 2 zu linken und rechten Hinterrädern W_RL, W_RR ausgelegt sind. Wenn der Eingriff der linken und rechten Kupplungen C_L, C_R gelöst wird, werden nur die Vorderräder angetrieben, und das Fahrzeug fährt in einem Vorderradantriebszustand. Wenn die linken und rechten Kupplungen C_L, C_R 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 gebracht, um hierdurch die Kardanwelle 2 integral mit den linken und rechten Hinterrädern W_RL, W_RR zu koppeln, um einen Differentialsperrzustand vorzusehen. Somit läßt sich an dem Differential D_R ein einfach strukturierter Differentialsperrmechanismus vorsehen.

Claims

Fahrzeug mit Vierradantrieb, umfassend: – einen Motor (E); – linke und rechte Vorderräder (W_FL, W_FR) und linke und rechte Hinterräder (W_RL, W_RR); – ein Getriebe (M) zur Übertragung einer Antriebskraft von dem Motor (E) zu den Vorderrädern (W_FL, W_FR) und den Hinterrädern (W_RL, W_RR) durch jeweilige Differentiale (D_F, D_R); – eine Eingangswelle (18) sowie linke und rechte Kupplungen (C_L, C_R), die in einem der Differentiale (D_R) enthalten und zwischen der Eingangswelle (18) und den über dieses eine Differential (D_R) angetriebenen Vorderrädern (W_FL, W_FR) oder Hinterrädern (W_RL, W_RR) angeordnet sind, wobei die linken und rechten Kupplungen (C_L, C_R) die zugeordneten Vorderräder (W_FL, W_FR) oder Hinterräder (W_RL, W_RR) mit der Eingangswelle (18) mit veränderlicher Eingriffskraft kuppeln können; – Radgeschwindigkeitenssensoren (S₁, S₂) zum Erfassen von Radgeschwindigkeiten; – eine Steuereinheit (U) zum Steuern der Eingriffskraft der linken und rechten Kupplungen (C_L, C_R); dadurch gekennzeichnet, dass – die Steuereinheit (U) die Eingriffskraft so steuert, dass das maximal von den Kupplungen (C_L, C_R) übertragene Drehmoment bei zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt, und dass – es einen vom Fahrzeugfahrer betätigbaren Differentialsperrschalter (S₆) aufweist, um die linken und rechten Kupplungen (C_L, C_R) mit maximaler Eingriffskraft in Eingriff zu bringen.