DE19800327A1 - Antriebskraft-Steuersystem in einem vierradgetriebenen Fahrzeug - Google Patents

Antriebskraft-Steuersystem in einem vierradgetriebenen Fahrzeug

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Description

Die Erfindung betrifft ein vierradgetriebenes Fahrzeug, bei dem ein Teil der Antriebskraft eines Motors von einer Eingangswelle durch ein Kegelradpaar und linke und rechte Kupplungen auf linke und rechte Räder übertragen wird, und insbesondere ein Antriebskraft-Steuersystem in einem solchen vierradgetriebenen Fahrzeug.
Bei einem vierradgetriebenen Fahrzeug wird ein geeigneter Wert eines durch die Kegelräder und Kupplungen zu den linken und rechten Rädern übertrage­ nen maximal übertragenen Drehmoments in Abhängigkeit vom Reibkoeffi­ zienten der Straßenfläche geändert. Bei einer Straßenfläche mit höherem Reibkoeffizienten, wie etwa einer Asphaltstraße, soll das maximal übertra­ gene Drehmoment auf einen größeren Wert gesetzt werden, und bei einer Straßenfläche mit geringerem Reibkoeffizienten, wie etwa einer verschnei­ ten Straße, soll das maximal übertragene Drehmoment auf einen kleineren Wert gesetzt werden. Die Belastbarkeit der Kegelräder und die Über­ tragungsfähigkeit der Kupplungen müssen derart ausgelegt sein, daß sie eine maximal übertragene Leistung aushalten können, die durch die Kegelrä­ der und die Kupplungen übertragen wird.
Die durch die Kegelräder und die Kupplungen übertragene maximal über­ tragene Leistung ist proportional zum maximal übertragenen Drehmoment und zur Fahrzeuggeschwindigkeit. Jedoch nimmt, wenn das maximal über­ tragene Drehmoment einen gegebenen Wert hat, die maximale Leistung mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit zu, und daher sind eine zunehmende Festigkeit der Kegelräder und eine zunehmende Übertragungsfähigkeit der Kupplung erforderlich, was eine Abmessungsvergrößerung des Kraftüber­ tragungssystems mit sich bringt.
Ziel der Erfindung ist es daher, die Haltbarkeit sicherzustellen, wobei die Größe des Kegelrads und der Kupplung, die in einem Differential für eines der Vorder- und Hinterräder eines vierradgetriebenen Fahrzeugs angebracht sind, reduziert wird.
Um dieses Ziel zu erreichen, wird nach einem ersten Aspekt und Merkmal der Erfindung ein Antriebskraft-Steuer/Regelsystem für ein vierradgetriebe­ nes Fahrzeug angegeben, umfassend ein Differential, das für von einem Motor angetriebene Vorder- oder Hinterräder angebracht ist und das ein Antriebskegelrad und ein Folgerkegelrad enthält, um eine Antriebskraft von einer Eingangswelle zu einer Kupplungsantriebswelle zu übertragen, die quer zur Fahrzeugkarosserie angeordnet ist, sowie Kupplungen, die zwischen entgegengesetzten Enden der Kupplungsantriebswelle und den linken und rechten Rädern angeordnet sind, wobei das Antriebskraft-Steu­ er/Regelsystem ein Fahrzeuggeschwindigkeit-Erfassungsmittel zur Erfassung einer Fahrzeuggeschwindigkeit sowie ein Steuer/Regelmittel aufweist, um das durch die Kupplungen übertragene, maximal übertragene Drehmoment nach Maßgabe zunehmender, durch das Fahrzeuggeschwindigkeit-Erfas­ sungsmittel erfaßter Fahrzeuggeschwindigkeit zu senken.
Mit dieser Anordnung wird verhindert, daß die durch die Kegelräder und die Kupplung des Differentials übertragene maximale Leistung mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt. Hierdurch läßt sich die Haltbarkeit der Kegelräder und der Kupplungen sicherstellen, während die Festigkeit der Kegelräder und die Übertragungsfähigkeit der Kupplungen minimal gehalten wird, um die Größe des Differentials reduzieren zu können.
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung der gesamten Anordnung eines vierradgetrie­ benen Fahrzeugs;
Fig. 2 eine Draufsicht des gesamten hinteren Differentials;
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des in Fig. 2 gezeigten hinteren Differentials;
Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des in Fig. 2 gezeigten hinteren Differentials;
Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des in Fig. 2 gezeigten hinteren 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 Kupplung.
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 Vorderräder WFL und WFR verbindet, ein Verteilergetriebe T, welches das vordere Differential DF mit einer Kardanwelle 2 verbindet, sowie ein hinteres Differential DR, welches die Kardanwelle 2 mit Antriebswellen 3 L und 3 R linker und rechter Hinterräder WRL und WRR verbindet. Das hintere Differenti­ al DR ist in der Lage, die Antriebskraftübertragung zu den Antriebswellen 3 L und 3R der Hinterräder WRL und WRR zu steuern. Wenn die Antriebskraftüber­ tragung unterbrochen ist, wird das Fahrzeug in einen Vorderrad-Antriebs­ zustand gebracht, in dem nur die Vorderräder WFL und WFR angetrieben sind. Bei Übertragung der Antriebskraft wird das Fahrzeug in einen Vierrad­ antriebszustand gebracht, in dem sowohl die Vorderräder WFL und WFR als auch die Hinterräder WRL und WRR angetrieben sind. Im Vierradantriebszu­ stand ist das hintere Differential DR in der Lage, die Antriebskraftverteilung auf die linken und rechten Hinterräder WRL und WRR beliebig zu steuern.
Mit einer elektronischen Steuereinheit U verbunden sind ein Vorderradge­ schwindigkeitssensor S1 zum Erfassen einer Vorderradgeschwindigkeit auf Basis der Drehzahl der Kardanwelle 2, ein Paar von Hinterradgeschwindig­ keitssensoren S2, S2 zum Erfassen von Hinterradgeschwindigkeiten auf Ba­ sis von Drehzahlen der linken und rechten Antriebswellen 3 L und 3 R der Hinterräder WRL und WRR, ein Lenkwinkelsensor S3 zum Erfassen eines Lenk­ winkels eines Lenkrads 4, ein Gierratensensor S4 zum Erfassen einer Gierra­ te der Fahrzeugkarosserie, ein Querbeschleunigungssensor S5 zum Erfassen einer Querbeschleunigung der Fahrzeugkarosserie sowie ein Differential­ sperrschalter S6 zum Sperren des hinteren Differentials DR. Die elektronische Steuereinheit U steuert linke und rechte elektromagnetische Kupplungen CL und CR (später beschrieben), die im hinteren Differential DR angebracht sind, auf Basis der Signale von den Sensoren S1 bis S5 und dem Differentialsperr­ schalter 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 dop­ pelte 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 Mittelgehäu­ se 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 Fig. 1) durch eine Kupplung 19 gekup­ pelt. 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 entgegenge­ setzten Enden im vorderen Mittelgehäuse 11 und dem hinteren Mittelgehäu­ se 12 durch ein Paar von Kugellagern 22, 22 gelagert, und ein Antriebs­ kegelrad 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 der­ selben Ebene. Daher haben das Folgerkegelrad 25 und das Antriebskegelrad 26 eine Hypoidverzahnung.
Die linke Ausgangswelle 29 L (siehe Fig. 4) ist koaxial zu der Kupplungsan­ triebswelle 23 durch ein Kugellager 27 gelagert, das an dem linken Seiten­ gehäuse 13 L angebracht ist, sowie ein Nadellager 28, das am linken Ende der Kupplungsantriebswelle 23 angebracht ist. Die linke Antriebswelle 3 L (siehe Fig. 1) ist an ihrem rechten Ende mit dem linken Ende der linken Aus­ gangswelle 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 lin­ ken Ausgangswelle 29 L befestigten Rotor 31 gegenübersteht, ist durch ei­ nen 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 Ende der Kupplungsantriebswelle 23 über Längsverzahnung gekuppelt ist, ein Kupplungsinnenelement 37, das mit dem rechten Ende der linken Aus­ gangswelle 29 L über Längsverzahnung gekuppelt ist, eine Mehrzahl von Kupplungsscheiben 38, die axial verschiebbar, jedoch nichtdrehbar am In­ nenumfang des Kupplungsaußenelements 36 gelagert sind, eine Mehrzahl von Kupplungsplatten 39, die axial verschiebbar, jedoch nicht drehbar am Außenumfang des Kupplungsinnenelements 37 gelagert sind und abwech­ selnd auf den Kupplungsscheiben 38 aufliegen, sowie einen Kupplungskol­ ben 40, der axial verschiebbar am Außenumfang des Kupplungsinnenele­ ments 37 gelagert ist, um die Kupplungsscheiben 38 und die Kupplungs­ platten 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 bewegliches 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 gekoppelt, und eine Innenumfangsfläche des beweglichen Anlaufelements 42 ist durch Längsverzahnung bei 49 mit der Außenumfangsfläche der lin­ ken 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 Abstän­ den an gegenüberliegenden Flächen der Anlaufelemente 41 und 42 des Kugelanlaufmechanismus 44 vorgesehen, und die Kugeln 43 sind zwischen den gegenüberliegenden Anlaufputen 41 1 und 42 1 angeordnet.
Wie aus Fig. 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 befe­ stigt, 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 Kupplungsaußen­ element 36 gekoppelt, und eine rechte Seite des Ankers 54 steht der linken Seite des Kupplungskolbens 40 gegenüber, wobei dazwischen eine Tellerfe­ der 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 (Fig. 7), wo­ durch sich leicht ein mit durchgehender Linie gezeigter geschlossener Ma­ gnetkreis bildet, um die Magnetflußdichte zu verbessern, um die Anzie­ hungskraft 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 Ausbil­ dung der Spule 52, des Spulengehäuses 47 und des Ankers 54 aus Material mit hoher relativer magnetischer Durchlässigkeit, wie etwa Silicium, Permal­ loy und dergleichen, kann der geschlossene Magnetkreis unterbrochen wer­ den, um zu verhindern, daß der Magnetfluß zu einem anderen Element aus­ tritt.
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 Energie 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 auf­ genommen ist, als Trochoidpumpe ausgebildet und umfaßt ein Pumpenge­ häuse 63, das an einer Innenfläche des vorderen Mittelgehäuses 11 durch Bolzen 62, 62 befestigt ist, einen Pumpendeckel 65, der mit dem Pumpen­ gehäuse 63 durch Bolzen 64 verbunden ist, einen innen verzahnten Außen­ rotor 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 ange­ bracht, die sich von einem Einlaßdurchgang 68 nach unten erstreckt, der im unteren Bereich des Pumpengehäuses 63 und des Pumpendeckels 65 fest­ gelegt ist, und ist in das Öl eingetaucht. Ein Auslaßdurchgang 71 ist im oberen Bereich des Pumpengehäuses 63 und dem Pumpendeckel 65 ausge­ bildet und kommuniziert mit einer Ölpassage 23 2, die axial in der Kupplungs­ antriebswelle 23 ausgebildet ist, durch eine Ölbohrung 23 2, die radial in der Kupplungsantriebswelle 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 13R durch mehrere Durch­ gangsbohrungen 11 1 und 12 1.
Ein rechtes Ende einer Ölpassage 29 1 (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 (siehe Fig. 4), 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 Öl­ bohrung 37 1 gegenüber, und die anderen Bohrungen 29 3 stehen dem Schublager 45 gegenüber, das zwischen dem Kugellager 27 und dem Ku­ gelanlaufmechanismus 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 WFL und WFR durch das Getriebe M, das vordere Differential DF und die Antriebswellen 1 L und 1R übertragen. Die Antriebs­ kraft des Motors E wird auch zum hinteren Differential DR durch die Kardan­ welle 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 CL und CR in ihren nichteingerückten Zuständen, und daher werden die Hinter­ räder WRL und WRR nicht angetrieben. Hierbei werden die Drehzahlen der Vorderräder durch den an der Eingangswelle 18 des hinteren Differentials DR 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 DR angebrachten Hinterradgeschwin­ digkeitssensoren S2 und S2 erfaßt. In dem Moment, in dem die Antriebskraft auf die Vorderräder WFL und WFR übertragen wurde, wird jedoch die An­ triebskraft noch nicht auf die Hinterräder WRL und WRR übertragen, weil sich die linken und rechten elektromagnetischen Kupplungen CL und CR in ihren nichteingerückten Zuständen befinden. Daher entsteht eine Differenzdre­ hung zwischen den Vorderrädern WFL und WFR und den Hinterrädern WRL und WRR. Wenn die Differenzdrehung 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 Ausgangs­ wellen 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 Vierrad­ antriebszustand gebracht.
Der Betrieb der elektromagnetischen Kupplungen CL und CR wird nun als Beispiel anhand der linken elektromagnetischen Kupplung CL beschrieben, die in Fig. 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 Kupp­ lungsaußenelement 36, die Kupplungsscheiben 38 und der Anker 54 in ih­ ren integriert verbundenen Zuständen, und die linke Ausgangswelle 29 L, das Kupplungsinnenelement 37, der Kupplungskolben 40 und der Kugelanlauf­ mechanismus 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 Spu­ lengehäuse 47 angezogen und mit diesem integral verbunden. Infolgedes­ sen wird die Drehung der Kupplungsantriebswelle 23 durch das Kupplungs­ außenelement 36, den Anker 54 und das Spulengehäuse 47 auf das statio­ näre 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 Anlaufelement 41 und dem mit der Ausgangswelle 29 L integrierten bewegli­ chen Anlaufelement 42 zu erzeugen. Wenn das stationäre Anlaufelement 41 und das bewegliche Anlaufelement 42 relativ zueinander gedreht wor­ den sind, wird das bewegliche Anlaufelement 42 von dem stationären An­ laufelement 41 gegen eine Vorspannkraft 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 eingerück­ ten Zustände gebracht worden sind, werden die linken und rechten Hinter­ räder WRL und WRR angetrieben. Auf diese Weise wird das Fahrzeug V in den Vierradantriebszustand 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 zuge­ führt wird, so daß beliebige Drehmomente auf die linken und rechten Hinter­ räder WRL und WRR verteilt werden können, um hierdurch die Lenkcharakteri­ stik des Fahrzeugs zu steuern. Bei Kurvenfahrt des Fahrzeugs wird eine Bezugsgierrate berechnet, zum Beispiel auf Basis des durch den Lenkwinkel­ sensor S3 erfaßten Lenkwinkels, einer auf Basis von Ausgaben des Vorder­ radgeschwindigkeitssensors S1 und der Hinterradgeschwindigkeitssensoren S2, S2 berechneten Fahrzeuggeschwindigkeit, sowie einer durch den Quer­ beschleunigungssensor S5 erfaßten Querbeschleunigung. Diese Bezugsgier­ rate wird mit einer vom Gierratensensor S4 erfaßten momentanen Gierrate verglichen. Wenn als Ergebnis des Vergleichs das Fahrzeug eine Übersteuer­ tendenz oder Untersteuertendenz zeigt, läßt sich eine Steuerung durchfüh­ ren, 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 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 Außen­ seite 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 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 maxima­ len 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 Hinter­ räder WRL und WRR integral miteinander gekoppelt werden, was einen Bei­ trag zur Erhöhung der Antriebskraft liefern kann, wenn das Fahrzeug etwa von einer rutschigen 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 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, ändert 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 Glei­ chung (Gewicht der Hinterradachse × Reibkoeffizient der Straßenoberfläche × Reifenradius) definiert wird, dann läßt sich ein maximal übertragenes Drehmoment erzielen, das für den jeweiligen Reibkoeffizient der Straßen­ oberfläche geeignet ist.
Wenn das maximal übertragene Drehmoment auf einen größeren Wert ge­ legt wird, so daß er für eine Straßenfläche mit höherem Reibkoeffizient wie etwa einer Asphaltstraße geeignet ist, wird die erforderliche Kapazität der elektromagnetischen Kupplungen CL und CR größer, wodurch relativ große elektromagnetische Kupplungen CL und CR erforderlich sind. Jedoch läßt sich ein maximal übertragenes Drehmoment, das für verschiedenerlei Stra­ ßenoberflächen unterschiedlicher Reibkoeffizienten geeignet ist, erzielen, indem man die Eingriffskräfte der elektromagnetischen Kupplungen CL und CR auf einer Straßenoberfläche mit geringem Reibkoeffizienten, wie etwa einer verschneiten Straße, begrenzt. Wenn das maximal übertragene Dreh­ moment auf einen kleineren Wert gelegt wird, der für eine Straßenoberflä­ che mit geringem Reibkoeffizient geeignet ist, kommt man mit kleineren elektromagnetischen Kupplungen CL und CR aus, und hierdurch läßt sich die Größe des hinteren Differentials DR reduzieren, wobei jedoch auf einer Stra­ ßenfläche mit höherem Reibkoeffizient das maximal übertragene Drehmo­ ment in einigen Fällen ungenügend 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 übertragene Drehmoment mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit ge­ senkt wird, wie in Fig. 10 gezeigt, lassen sich die Abmessungen der elek­ tromagnetischen Kupplungen CL und CR, des Antriebskegelrads 26 sowie des Folgerkegelrads 25 reduzieren und läßt sich deren Haltbarkeit verbes­ sern. Die Leistung des Motors E, die durch das hintere Differential DR auf die Hinterräder WRL und WRR übertragen wird, ist nämlich proportional zum Produkt des maximal übertragenen Drehmoments und der Fahrzeug­ geschwindigkeit. Wenn jedoch das maximal übertragene Drehmoment mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit gesenkt wird, läßt sich verhindern, daß die auf die Hinterräder WRL und WRR übertragene Leistung entsprechend zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt. Auch wenn somit die Ab­ messungen der elektromagnetischen Kupplungen CL und CR, des Antriebs­ kegelrads 26 und des Folgerkegelrads 25 reduziert sind, läßt sich eine Ab­ nahme der Haltbarkeit verhindern, weil bei höherer Fahrzeuggeschwindigkeit eine größere Leistung übertragen 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 Einlaß­ durchgang 68 gesaugt wird und von dem Auslaßdurchgang 71 über die Ölbohrung 23 1 in die Ölpassage 23 2 ausgegeben wird, die in der Kupplungs­ antriebswelle 23 gebildet ist. Das Öl, welches von der in der Kupplungs­ antriebswelle 23 befindlichen Ölpassage 23 2 in die in den linken und rech­ ten Ausgangswellen 29 L und 29 R befindlichen Ölpassagen 29 1, 29 1 fließt, fließt durch die Ölbohrungen 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 Ölboh­ rungen 37 1 zur Schmierung der Kupplungsscheiben 38 und der Kupplungs­ platten 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 Durchgangsboh­ rungen 11 1 und 12 1 in die vorderen und hinteren Mittelgehäuse 11 und 12 zurück.
Weil die Ölpumpe 61 an dieser Stelle angeordnet ist, in der sie sandwich­ artig zwischen den rechten und linken elektromagnetischen Kupplungen CL und CR angeordnet ist, wie oben beschrieben, kann die Länge der Ölpassa­ gen zur Ölzufuhr von der Ölpumpe 61 zu den elektromagnetischen Kupp­ lungen CL und CR minimiert werden. Ferner sind die Ölpassagen 23 2 und 29 1, 29 1 so angeordnet, daß sie durch die Innenseiten der Kupplungsan­ triebswelle 23 und die linken und rechten Ausgangswellen 29 L und 29 R ver­ laufen, die in Serie verbunden sind, so daß gesonderte Rohre nicht erforder­ lich 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 Totraums angeordnet wird. Insbesondere weil die Ölpumpe 61 als Trochoid­ pumpe ausgebildet ist, deren Innenrotor 67 an der Kupplungsantriebswelle 23 befestigt ist, wird die Anordnung der Ölpumpe 61 in den Totraum er­ leichtert. 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 Luft­ mitnahme 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 Ölober­ fläche verhindern, das weiter das Mitnehmen von Luft wirkungsvoll verhin­ dert.
Weil das Gehäusemittel des hinteren Differentials DR in vier Abschnitte un­ terteilt 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 CL und CR, 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 Kupplun­ gen CL und CR lassen sich auch andere Kupplungstypen verwenden, wie etwa hydraulische Kupplungen. Die Antriebs- und Folgerkegelräder 26 und 25 sind nicht auf eine Hypoidverzahnung beschränkt, deren Achsen ein­ ander nicht schneiden, sondern es lassen sich auch Kegelräder mit einander schneidenden Achsen verwenden. Das Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfas­ sungsmittel kann an den Vorderrädern WFL und WFR und/oder den Hinterrä­ dern WRL und WRR angebracht sein. Die Erfindung ist nicht auf Frontmotor­ fahrzeuge beschränkt, sondern auch bei Heckmotorfahrzeugen und Mittel­ motorfahrzeugen anwendbar. Das Differential ist nicht auf das hintere Diffe­ rential DR beschränkt, sondern kann auch ein vorderes Differential sein.
In einem vierradgetriebenen Fahrzeug umfaßt ein hinteres Differential DR eine Eingangswelle 18, zu der von Vorderrädern durch eine Kardanwelle Antriebskraft übertragen wird, ein an der Eingangswelle angebrachtes An­ triebskegelrad 26, ein Folgerkegelrad 25 das an einer Kupplungsantriebs­ welle 23 angebracht ist und mit dem Antriebskegelrad 26 kämmt, sowie linke und rechte elektromagnetische Kupplungen CR, CL, die zwischen ent­ gegengesetzten Enden der Kupplungsantriebswelle 23 und linken und rech­ ten Ausgangswellen angeordnet sind. Das durch die linken und rechten elektromagnetischen Kupplungen übertragene maximale Drehmoment wird derart gesteuert, daß es mit zunehmender, durch ein Fahrzeuggeschwindig­ keits-Erfassungsmittel erfaßter Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt. Hier­ durch läßt sich vermeiden, daß die durch die Kegelräder 25, 26 und die elektromagnetischen Kupplungen CR, CL übertragene Maximalleistung mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt. Hierdurch läßt sich die Haltbarkeit der Kegelräder 25, 26 und der Kupplungen CR, CL sicherstellen, während gleichzeitig die Abmessungen der Kegelräder und der Kupplungen reduziert werden können.

Claims (4)

1. Antriebskraft-Steuer/Regelsystem in einem vierradgetriebenen Fahr­ zeug mit einem Differential (DR) für von einem Motor (E) angetriebene Vorder- oder Hinterräder (WRL, WRR), wobei das Differential (DR) ein Antriebskegelrad (26) und ein Folgerkegelrad (25) aufweist, die eine Antriebskraft von einer Eingangswelle (18) zu einer quer zum Fahr­ zeugrumpf angeordneten Kupplungsantriebswelle (23) übertragen, und Kupplungen (CR, CL), die zwischen entgegengesetzten Enden der Kupplungsantriebswelle (23) und linken und rechten Rädern (WRL, WRR) angeordnet sind, wobei das Antriebskraft-Steuer/Regelsystem umfaßt:
ein Fahrzeuggeschwindigkeit-Erfassungsmittel (S1, S2) zum Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit; und
ein Steuer/Regelmittel (U) zum Senken eines durch die Kupp­ lungen (CR, CL) übertragenen maximalen Drehmoments nach Maßga­ be zunehmender, durch das Fahrzeuggeschwindigkeit-Erfassungsmit­ tel (S1, S2) erfaßter Fahrzeuggeschwindigkeit.
2. Vierradgetriebenes Fahrzeug, umfassend:
ein Differential (DR) für von einem Motor (E) angetriebene Vor­ der- oder Hinterräder (WRL, WRR), wobei das Differential (DR) aufweist:
ein Antriebskegelrad (26) und ein Folgerkegelrad (25) zur An­ triebskraftübertragung von einer Eingangswelle (18) zu einer quer zum Fahrzeugrumpf angeordneten Kupplungsantriebswelle (23); und
Kupplungen (CR, CL) mit variabler Eingriffskraft, die zwischen entgegengesetzten Enden der Kupplungsantriebswelle (18) und linken und rechten Rädern (WRL, WRR) angeordnet sind;
ein Fahrzeuggeschwindigkeit-Erfassungsmittel (S1, S2) zum Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit; und
ein Steuer/Regelmittel (U) zum Ändern der Eingriffskraft der Kupplungen (CR, CL) zum Senken eines durch die Kupplungen über­ tragenen maximalen Drehmoments nach Maßgabe zunehmender, durch das Fahrzeuggeschwindigkeit-Erfassungsmittel (S1, S2) erfaßter Fahrzeuggeschwindigkeit.
3. Vierradgetriebenes Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kupplungen (CR, CL) elektromagnetische Kupplungen sind, und daß das Steuer/Regelmittel (U) einen Betrag des den elek­ tromagnetischen Kupplungen zugeführten elektrischen Stroms ändert, um die Eingriffskraft zu steuern.
4. Verfahren zum Steuern/Regeln der Antriebskraft in einem vierradge­ triebenen Fahrzeug mit einem Differential (DR) für von einem Motor (E) angetriebene Vorder- oder Hinterräder (WRL, WRR), wobei das Dif­ ferential (DR) ein Antriebskegelrad (26) und ein Folgerkegelrad (25) aufweist, die eine Antriebskraft von einer Eingangswelle (18) auf eine quer zum Fahrzeugrumpf angeordnete Kupplungsantriebswelle (23) übertragen, sowie Kupplungen (CR, CL), die zwischen entgegenge­ setzten Enden der Kupplungsantriebswelle (23) und den linken und rechten Rädern (WRL, WRR) angeordnet sind, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit; und
Senken eines durch die Kupplungen (CR, CL) übertragenen ma­ ximalen Drehmoments nach Maßgabe zunehmender, im Erfassungs­ schritt erfaßter Fahrzeuggeschwindigkeit.
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