DE19800327B4 - Antriebskraft-Steuer-/Regelsystem in einem vierradgetriebenen Fahrzeug - Google Patents

Antriebskraft-Steuer-/Regelsystem in einem vierradgetriebenen Fahrzeug Download PDF

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Abstract

Antriebskraft-Steuer-/Regelsystem in einem vierradgetriebenen Fahrzeug 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 Fahrzeugrumpf angeordneten Kupplungsantriebswelle (23) übertragen, und Kupplungen (CR, CL) mit variablen Eingriffskräften, die zwischen entgegengesetzten Enden der Kupplungsantriebswelle (23) und den linken und rechten Rädern (WRL, WRR) angeordnet sind, wobei das Antriebskraft-Steuer-/Regelsystem umfasst:
– Radgeschwindigkeitssensoren (S1, S2) zum Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit; und
– eine Steuereinheit (U) zum Ändern des durch die Kupplungen (CR, CL) übertragenen maximalen Drehmoments,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit (U) das durch die Kupplungen (CR, CL) übertragene maximale Drehmoment mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit senkt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Antriebskraft-Steuer-/Regelsystem in einem vierradgetriebenen Fahrzeug, gemäß Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Steuern oder Regeln der Antriebskraft mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 3.
  • Bei einem vierradgetriebenen Fahrzeug wird ein geeigneter Wert eines durch die Kegelräder und Kupplungen zu den linken und rechten Rädern übertragenen maximalen übertragenen Drehmoments in Abhängigkeit vom Reibkoeffizienten der Straßenfläche geändert. Bei einer Straßenfläche mit höherem Reibkoeffizienten, wie etwas einer Asphaltstraße, soll das maximal übertragene Drehmoment auf einen größeren Wert gesetzt werden, und bei einer Straßenfläche mit geringerem Reibkoeffizienten, wie etwa einer verschneiten Straße, soll das maximal übertragene Drehmoment auf einen kleineren Wert gesetzt werden. Die Belastbarkeit der Kegelräder und die Übertragungsfähigkeit der Kupplungen müssen derart ausgelegt sein, daß sie eine maximal übertragene Leistung aushalten können, die durch die Kegelräder und die Kupplungen übertragen wird.
  • Die durch die Kegelräder und die Kupplungen übertragene maximal übertragene Leistung ist proportional zum maximal übertragenen Drehmoment und zur Fahrzeuggeschwindigkeit. Jedoch nimmt, wenn das maximal übertragenen 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 Kraftübertragungssystems mit sich bringt.
  • Aus der DE 40 39 392 C2 und der US 5,141,072 A sind Vorrichtungen bzw. Verfahren gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 3 bekannt.
  • In der US 5,141,072 A wird bei zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit das durch die Kupplungen übertragene Drehmoment abgesenkt, um das Kurvenverhalten durch geschwindigkeitsabhängige Korrekturverfahren zu verbessern.
  • In der DE 40 39 392 C2 wird zur Erhöhung der Fahrstabilität bei zunehmender Geschwindigkeit der zu übertragende Drehmomentanteil erhöht.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einem gattungsgemäßen Antriebskraft-Steuer-/Regelsystem bzw. -verfahren in einem vierradgetriebenen Fahrzeug dafür zu sorgen, das Differential geringeren Dauerbelastungen auszusetzen und es daher kleiner dimensionieren zu können.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird ein Antriebskraft-Steuer-/Regelsystem für ein vierradgetriebenes Fahrzeug gemäß Anspruch 1 sowie ein entsprechendes Verfahren gemäß Anspruch 3 angegeben.
  • Mit dieser Anordnung wird verhindert, daß die durch die Kegelräder und die Kupplung des Differentials übertragene maximale Leistung mit zunhemender 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 anderen Ziele sowie die Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
  • Es zeigen:
  • 1 eine Darstellung der gesamten Anordnung eines vierradgetriebenen Fahrzeugs gemäß dem Stand der Technik;
  • 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 DF, welches das Getriebe M mit Antriebswellen 1L und 1R 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 3L und 3R linker und rechter Hinterräder WRL und WRR verbindet. Das hintere Differential DR ist in der Lage, die Antriebskraftübertragung zu den Antriebswellen 3L und 3R der Hinterräder WRL und WRR zu steuern. Wenn die Antriebskraftübertragung unterbrochen ist, wird das Fahrzeug in einen Vorderrad-Antriebszustand gebracht, in dem nur die Vorderräder WFL und WFR angetrieben sind. Bei Übertragung der Antriebskraft wird das Fahrzeug in einen Vierradantriebszustand gebracht, in dem sowohl die Vorderräder WFL und WFR als auch die Hinterräder WRL und WRR angetrieben sind. Im Vierradantriebszustand 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 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 3L und 3R der Hinterräder 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 Differentialsperrschalter 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 Differentialsperrschalter S6.
  • Die Struktur des hinteren Differentials DR wird anhand der 2 bis 9 beschrieben. Das hintere Differential DR 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 dop pelte Beschreibung des symmetrischen rechten Teils wird weggelassen.
  • Das hintere Differential DR umfaßt ein Gehäusemittel, unterteilt in ein vorderes 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 13L , das mit den linken Seiten der Mittelgehäuse 11 und 12 durch mehrere Bolzen 15 verbunden ist, sowie ein rechtes Seitengehäuse 13R , 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 29L (siehe 4) ist koaxial zu der Kupplungsantriebswelle 23 durch ein Kugellager 27 gelagert, das an dem linken Seitengehäuse 13L angebracht ist, sowie ein Nadellager 28, das am linken Ende der Kupplungsantriebswelle 23 angebracht ist. Die linke Antriebswelle 3L (siehe 1) ist an ihrem rechten Ende mit dem linken Ende der linken Ausgangswelle 29L , die aus dem linken Seitengehäuse 13L vorsteht, durch eine Kupplung 30 gekoppelt. Der rechte Hinterradgeschwindigkeitssensor S2, der zur Erfassung der Drehzahl der linken Ausgangswelle 29L einem an der linken Ausgangswelle 29L befestigten Rotor 31 gegenübersteht, ist durch einen Bolzen 32 an dem linken Seitengehäuse 13L befestigt.
  • Die im linken Seitengehäuse 13L 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 Ausgangswelle 29L 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 29L 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 lin ken Ausgangswelle 29L gekoppelt.
  • Wie aus der Zusammenschau von 6 mit den anderen Figuren zu entnehmen, sind dreieckige Anlaufnuten 411 und 421 mit vorbestimmten Abständen an gegenüberliegenden 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 13L befestigt, und das Spulengehäuse 47 ist durch den Kugelanlaufmechanismus 44 zur Drehung um die linke Ausgangswelle 29L 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 13L 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, Permalloy und dergleichen, kann der geschlossene Magnetkreis unterbrochen werden, um zu verhindern, daß der Magnetfluß zu einem anderen Element austritt.
  • Ein Spalt Q 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 29L 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 29L 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 fest gelegt 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 Kupplungsantriebswelle 23 ausgebildet ist. Der Innenraum in den vorderen und hinteren Mittelgehäusen 11 und 12 kommuniziert mit dem Innenraum der linken und rechten Seitengehäuse 13L und 13R durch mehrere Durchgangsbohrungen 111 und 121 .
  • Ein rechtes Ende einer Ölpassage 291 (siehe 3), die axial in der linken Ausgangswelle 29L ausgebildet ist, kommuniziert mit dem linken Ende der Ölpassage 232 , die axial in der Kupplungsantriebswelle 23 ausgebildet ist. Ölbohrungen 292 und 293 (siehe 4), die radial von der Ölpassage 291 verlaufen, sind in der linken Ausgangswelle 29L 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 WFL und WFR durch das Getriebe M, das vordere Differential DF und die Antriebswellen 1L 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 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 Hinterräder 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 29L und 29R des hinteren Differentials DR angebrachten Hinterradgeschwindigkeitssensoren S2 und S2 erfaßt. In dem Moment, in dem die Antriebskraft auf die Vorderräder 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 nichteingerückten Zuständen befinden. Daher entsteht eine Differenzdrehung 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 Ausgangswellen 29L und 29R und die linken und rechten Antriebswellen 3L und 3R übertragen zu können. Auf diese Weise wird das Fahrzeug in den Vierradantriebszustand gebracht.
  • Der Betrieb der elektromagnetischen Kupplungen CL und CR wird nun als Beispiel anhand der linken elektromagnetischen Kupplung CL 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 29L , 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 29L 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 Kupplungsaußenelement 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 29L 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 411 und 421 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 CL wird in eingerückten Zustand gebracht, so daß die Drehung der Kupplungsantriebswelle 23 auf die linke Ausgangswelle 29L übertragen werden kann. Wenn die linken und rechten elektromagnetischen Kupplungen CL und CR in ihre eingerückten Zustände gebracht worden sind, werden die linken und rechten Hinterräder 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 Eingriffskräften 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 Hinterräder WRL und WRR 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 erfaßten Lenkwinkels, einer 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 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 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 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 WRL und WRR integral miteinander gekoppelt werden, was einen Beitrag 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. 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 CL und CR größer, wodurch relativ große elektromagnetische Kupplungen CL und CR 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 CL und CR 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 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 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 DR auf die Hinterräder WRL und WRR 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 CL und CR, des Antriebskegelrads 26 sowie des Folgerkegelrads 25 reduzieren und läßt sich deren Haltbarkeit verbessern. 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 Fahrzeuggeschwindigkeit. 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 Abmessungen der elektromagnetischen Kupplungen CL und CR, 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 DR 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 29L und 29R 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 37, 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 13L und 13R 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 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 232 und 291 , 291 so angeordnet, daß sie durch die Innenseiten der Kupplungsantriebswelle 23 und die linken und rechten Ausgangswellen 29L und 29R 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 den 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 DR in vier Abschnitte unterteilt ist, nämlich das vordere Mittelgehäuse 11, das hintere Mittelgehäuse 12 und die linken und rechten Seitengehäuse 13L und 13R , 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 13L und 13R 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 13L und 13R zusammengebaut sind, leicht durchgeführt werden, indem man lediglich die linken und rechten Seitengehäuse 13L und 13R 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 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 einander nicht schneiden, sondern es lassen sich auch Kegelräder mit einander schneidenden Achsen verwenden. Das Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfassungsmittel kann an den Vorderrädern WFL und WFR und/oder den Hinterrädern WRL und WRR angebracht sein. Die Erfindung ist nicht auf Frontmotorfahrzeuge beschränkt, sondern auch bei Heckmotorfahrzeugen und Mittelmotorfahrzeugen anwendbar. Das Differential ist nicht auf das hintere Differential 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 Antriebskegelrad 26, ein Folgerkegelrad 25 das an einer Kupplungsantriebswelle 23 angebracht ist und mit dem Antriebskegelrad 26 kämmt, sowie linke und rechte elektromagnetische Kupplungen CR, CL, die zwischen entgegengesetzten Enden der Kupplungsantriebswelle 23 und linken und rechten Ausgangswellen angeordnet sind. Das durch die linken und rechten elektromagnetischen Kupplungen übertragene maximale Drehmoment wird derart gesteuert, daß es mit zunehmender, durch ein Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfassungsmittel erfaßter Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt. Hierdurch 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 (3)

  1. Antriebskraft-Steuer-/Regelsystem in einem vierradgetriebenen Fahrzeug 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 Fahrzeugrumpf angeordneten Kupplungsantriebswelle (23) übertragen, und Kupplungen (CR, CL) mit variablen Eingriffskräften, die zwischen entgegengesetzten Enden der Kupplungsantriebswelle (23) und den linken und rechten Rädern (WRL, WRR) angeordnet sind, wobei das Antriebskraft-Steuer-/Regelsystem umfasst: – Radgeschwindigkeitssensoren (S1, S2) zum Erfassen einer Fahrzeuggeschwindigkeit; und – eine Steuereinheit (U) zum Ändern des durch die Kupplungen (CR, CL) übertragenen maximalen Drehmoments, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (U) das durch die Kupplungen (CR, CL) übertragene maximale Drehmoment mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit senkt.
  2. Antriebskraft-Steuer-/Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungen (CR, CL) elektromagnetische Kupplungen sind, und dass die Steuereinheit (U) einen Betrag des den elektromagnetischen Kupplungen zugeführten elektrischen Stroms ändert, um die Eingriffskraft zu steuern.
  3. Verfahren zum Steuern oder Regeln der Antriebskraft in einem vierradgetriebenen Fahrzeug mit einem Differential 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) auf eine quer zum Fahrzeugrumpf angeordnete Kupplungsantriebswelle (23) übertragen, sowie Kupplungen (CR, CL) mit variablen Eingriffskräften, die zwischen entgegengesetzten Enden der Kupplungsantriebswelle (23) und den linken und rechten Rädern (WRL, WRR) angeordnet sind, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: – Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit; und – Ändern des durch die Kupplungen (CR, CL) übertragenen maximalen Drehmoments nach Maßgabe der im Erfassungsschritt erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die Kupplungen (CR, CL) übertragene maximale Drehmoment mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit gesenkt wird.
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