DE202013008955U1 - Sperrdifferential - Google Patents

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DE202013008955U1 DE201320008955 DE202013008955U DE202013008955U1 DE 202013008955 U1 DE202013008955 U1 DE 202013008955U1 DE 201320008955 DE201320008955 DE 201320008955 DE 202013008955 U DE202013008955 U DE 202013008955U DE 202013008955 U1 DE202013008955 U1 DE 202013008955U1
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Abstract

Sperrdifferentialbaugruppe für ein Fahrzeug, versehen mit: – einer Planetengetriebebaugruppe einschließlich eines Sonnenrades, mehreren Planetenrädern und einem Hohlrad, wobei das Sonnenrad rotierbar mit einer Getriebeanordnung verkoppelt und zur Übertragung von Drehkraft an die mehreren Planetenräder ausgelegt ist; – einem zur Rotation mit den mehreren Planetenrädern verkoppelten Differentialgehäuse; – einer innerhalb des Differentialgehäuses angeordneten Differentialgetriebebaugruppe, die ein erstes Achswellenrad und ein zweites Achswellenrad aufweist, welche mit den ersten bzw. zweiten Antriebsrädern des Fahrzeugs verkoppelt sind; und – einer die Planetengetriebebaugruppe mit der Differentialgetriebebaugruppe verkoppelnde Hydraulikkupplungsbaugruppe, die einen Kupplungssatz und einen Kupplungsaktuator aufweist, wobei der Kupplungsaktuator derart in Fluidverbindung mit einer Getriebepumpe des Fahrzeugs steht, dass unter Druck stehendes Hydraulikfluid von der Getriebepumpe zu dem Kupplungssatz geführt wird, um den Kupplungssatz selektiv zwischen einer offenen Konfiguration und einer vollständig geschlossenen Konfiguration zu betätigen, wobei der Kupplungssatz mehrere ringförmige Scheiben beinhaltet, die mit mehreren ringförmigen Reibscheiben ineinandergreifend angeordnet sind; und wobei die mehreren ringförmigen Scheiben zur Rotation mit entweder dem Differentialgehäuse oder der Differentialgetriebebaugruppe verkoppelt und die mehreren ringförmigen Reibscheiben zur Rotation mit dem jeweils anderen Bauteil verkoppelt sind, wobei (i) in der offenen Konfiguration die mehreren ringförmigen Scheiben und die mehreren ringförmigen Reibscheiben für eine unabhängige Rotation in einer im Wesentlichen berührungslosen Beziehung ausgelegt sind, und (ii) in der vollständig geschlossenen Konfiguration die mehreren ringförmigen Scheiben und die mehreren ringförmigen Reibscheiben zusammen in einer in Kontakt stehenden Beziehung rotieren, und wobei die ersten und zweiten Achswellenräder: (i) in der offenen Konfiguration unabhängig voneinander derart rotieren, dass sich die ersten und zweiten Antriebsräder mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten drehen können, und (ii) in der vollständig geschlossenen Konfiguration derart rotieren, dass sich die ersten und zweiten Antriebsräder mit der gleichen Geschwindigkeit drehen.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich generell auf ein Sperrdifferential und genauer auf ein elektronisches Sperrdifferential mit einer integralen Hydraulikzufuhr.
  • Hintergrund
  • Differentiale sind in Fahrzeugen vorgesehen, um zu ermöglichen, dass bei einem Lenkvorgang ein äußeres Antriebsrad schneller als ein inneres Antriebsrad rotiert, während beide Antriebsräder fortwährend Antriebskraft von dem Motor aufnehmen. Obgleich sich Differentiale beim Lenken als nützlich erweisen, können sie es ermöglichen, dass Fahrzeuge beispielsweise in Schnee, Schlamm oder anderen schlüpfrigen Medien die Traktion verlieren. Wenn eines der Antriebsräder die Traktion verliert, dreht es sich mit einer hohen Geschwindigkeit, während das andere Rad möglicherweise gar nicht durchdrehen kann. Zur Vermeidung dieser Situation wurden Sperrdifferentiale entwickelt, um Kraft von dem Rad abzuziehen, das die Traktion verloren hat, und das sich nicht drehende Rad durchzudrehen.
  • Elektronisch gesteuerte Sperrdifferentiale können eine hydraulisch betätigte Kupplung umfassen, um die Differentialdrehung zwischen Abtriebswellen des Differentials zu begrenzen. Die hydraulisch betätigte Kupplung muss jedoch von einer getrennten Pumpe angetrieben werden, die z. B. mit einer Fahrzeugantriebswelle in Verbindung steht. Zusätzlich zu den Kosten, die mit der Bereitstellung einer getrennten Pumpe wie oben beschrieben in Verbindung stehen, können solche Pumpen zu parasitären Energieverlusten beitragen, welche den Kraftstoffverbrauch und Fahrzeugbetrieb negativ beeinflussen können. Mindestens dieser Gründe halber ist ein verbessertes Differential erwünscht.
  • Die hier angeführte Hintergrundbeschreibung dient dem Zweck einer generellen Darlegung des Kontextes der Erfindung. Die Arbeiten der gegenwärtig benannten Erfinder, so weit sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben sind, sowie Aspekte der Beschreibung, die sich zum Zeitpunkt der Einreichung anderweitig nicht als Stand der Technik eignen, können weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Erfindung anerkannt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich werden, in denen:
  • 1 ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Sperrdifferentials gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist; und
  • 2 ein funktionales Blockdiagramm des mit einer Quelle von Hydraulikfluid verkoppelten beispielhaften Sperrdifferentials von 1 ist.
  • Weitere Zeichnungen und Unterlagen sind als Anhang am Ende der vorliegenden Erfindung beigelegt.
  • Zusammenfassung
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Sperrdifferentialbaugruppe für ein Fahrzeug eine Planetengetriebebaugruppe. Die Planetengetriebebaugruppe umfasst ein Sonnenrad, mehrere Planetenräder und ein Hohlrad. Das Sonnenrad ist rotierbar mit einer Getriebeanordnung verkoppelt und zur Übertragung von Drehkraft an die mehreren Planetenräder ausgelegt. Ferner beinhaltet die Sperrdifferentialbaugruppe ein zur Rotation mit den mehreren Planetenrädern verkoppeltes Differentialgehäuse und eine innerhalb des Differentialgehäuses angeordnete Differentialgetriebebaugruppe. Die Differentialgetriebebaugruppe beinhaltet ein erstes Achswellenrad und ein zweites Achswellenrad, die mit den ersten bzw. zweiten Antriebsrädern des Fahrzeugs verkoppelt sind.
  • Ferner ist eine Hydraulikkupplungsbaugruppe, welche die Planetengetriebebaugruppe mit der Differentialgetriebebaugruppe verkoppelt, in dem Sperrdifferential vorgesehen. Die Hydraulikkupplungsbaugruppe beinhaltet einen Kupplungssatz und einen Kupplungsaktuator. Der Kupplungsaktuator steht mit einer Getriebepumpe des Fahrzeugs derart in Fluidverbindung, dass unter Druck stehendes Hydraulikfluid von der Getriebepumpe zu dem Kupplungssatz geführt wird, um ihn selektiv zwischen einer offenen und einer vollständig geschlossenen Konfiguration zu betätigen.
  • Der Kupplungssatz umfasst mehrere ringförmige Scheiben, die mit mehreren ringförmigen Reibscheiben ineinandergreifend angeordnet sind. Die mehreren ringförmigen Scheiben sind zur Rotation mit entweder dem Differentialgehäuse oder der Differentialgetriebebaugruppe verkoppelt und die mehreren ringförmigen Reibscheiben sind zur Rotation mit dem jeweils anderen Bauteil verkoppelt. Die offene Konfiguration entspricht dem Zustand, dass die mehreren ringförmigen Scheiben und die mehreren ringförmigen Reibscheiben dazu konfiguriert sind, unabhängig voneinander in einer im Wesentlichen berührungslosen Beziehung zu rotieren. Die vollständig geschlossene Konfiguration entspricht dem Zustand, dass die mehreren ringförmigen Scheiben und die mehreren ringförmigen Reibscheiben dazu konfiguriert sind, sich zusammen in einer in Kontakt stehenden Beziehung zu drehen. Das erste und das zweite Achswellenrad rotieren in der offenen Konfiguration unabhängig voneinander, so dass sich das erste und das zweite Antriebsrad mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen können. Ferner rotieren in der vollständig geschlossenen Konfiguration die ersten und zweiten Achswellenräder derart zusammen, dass sich die ersten und zweiten Antriebsräder mit der gleichen Geschwindigkeit drehen.
  • In anderen Aspekten der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeugantriebsstrang offenbart. Der Fahrzeugantriebsstrang beinhaltet einen Motor, eine Getriebeanordnung und eine Sperrdifferentialbaugruppe. Die Getriebeanordnung ist mit dem Motor verkoppelt, empfängt von diesem einen Rotationsausgang und beinhaltet ferner eine Getriebepumpe. Die Sperrdifferentialbaugruppe ist mit der Getriebeanordnung verkoppelt und dazu konfiguriert, dem ersten und dem zweiten Antriebsrad eines Fahrzeugs eine Drehkraft zuzuführen.
  • Die Sperrdifferentialbaugruppe beinhaltet eine Planetengetriebebaugruppe, ein Differentialgehäuse, eine Differentialgetriebebaugruppe und eine Hydraulikkupplungsbaugruppe. Die Planetengetriebebaugruppe ist mit der Getriebeanordnung verkoppelt und empfängt von ihr Rotationskraft. Das Differentialgehäuse ist zur Rotation mit einem Teil der Planetengetriebebaugruppe verkoppelt. Die Differentialgetriebebaugruppe ist innerhalb des Differentialgehäuses angeordnet und umfasst ein erstes Achswellenrad und ein zweites Achswellenrad, die mit den ersten bzw. zweiten Antriebsrädern des Fahrzeugs verkoppelt sind.
  • Die Hydraulikkupplungsbaugruppe verkoppelt die Planetengetriebebaugruppe mit der Differentialgetriebebaugruppe. Ferner beinhaltet die Hydraulikkupplungsbaugruppe einen Kupplungssatz und einen Kupplungsaktuator. Der Kupplungsaktuator steht mit der Getriebepumpe derart in Fluidverbindung, dass unter Druck stehendes Hydraulikfluid selektiv von der Getriebepumpe zu dem Kupplungssatz geführt wird, um ihn zwischen einer offenen und einer vollständig geschlossenen Konfiguration zu betätigen. Das erste und das zweite Achswellenrad rotieren in der offenen Konfiguration unabhängig voneinander, so dass sich das erste und das zweite Antriebsrad mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen können. Weiterhin rotieren in der vollständig geschlossenen Konfiguration die ersten und zweiten Achswellenräder derart, dass die ersten und zweiten Antriebsräder mit der gleichen Geschwindigkeit rotieren.
  • Weitere Anwendbarkeitsbereiche der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung. Es sollte sich verstehen, dass die ausführliche Beschreibung und spezifische Beispiele nur für illustrative Zwecke angeführt sind und nicht beabsichtigen, den Rahmen der Erfindung zu begrenzen.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Unter anfänglicher Bezugnahme auf 1 ist ein beispielhafter Fahrzeugantriebsstrang dargestellt, der generell mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet ist. Der hier beschriebene beispielhafte Fahrzeugantriebsstrang 10 eignet sich für ein frontgetriebenes Fahrzeug mit einem quer eingebauten Motor 12, obgleich auch andere Konfigurationen mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Der Motor 12 übermittelt einer Getriebeanordnung 14 einen Rotationsausgang.
  • Der Antriebsstrang 10 kann ferner ein Transaxle-Getriebe 22 und eine Sperrdifferentialbaugruppe 30 (LSD – Limited slip differential) mit einer Planetengetriebebaugruppe 16, einer Kupplungsbaugruppe 32 und einer Differentialgetriebebaugruppe 34 umfassen. Die Sperrdifferentialbaugruppe 30 ist in einem Gehäuse 36 aufgenommen und fungiert zum Antreiben eines Paars Antriebswellen 40 und 42, die mit vorderen Antriebsrädern 44 bzw. 48 verbunden sind. Im Allgemeinen arbeitet die Sperrdifferentialbaugruppe 30 unter normalen Betriebsbedingungen wie ein gängiges offenes Differential, bis ein Ereignis auftritt, bei dem ein Vorspannungsdrehmoment erforderlich ist. Im Falle einer Erfassung oder Antizipation eines Traktionsverlusts kann die Kupplungsbaugruppe 32 selektiv betätigt werden, um das für die Situation optimale Vorspannungsverhältnis zu erzeugen.
  • Die Getriebeanordnung 14 kann den Rotationsausgang von dem Motor 12 empfangen und der Sperrdifferentialbaugruppe 30 einen Rotationseingang übermitteln. Ferner kann die Getriebeanordnung 14 dazu betätigt werden, verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Rotationsausgang des Motors 12 und dem Rotationseingang der Sperrdifferentialbaugruppe 30 bereitzustellen.
  • Die Planetengetriebebaugruppe 16 umfasst ein Hohlrad 46, ein Sonnenrad 20 und mehrere Planetenräder 50, die von einem Planetenträger 52 getragen werden. Das Hohlrad 46 ist nicht drehbar an dem Gehäuse 36 befestigt, und das Sonnenrad 20 steht mit den mehreren Planetenrädern 50, die von dem Planetenträger 52 getragen werden, in Zahneingriff. Die Planetenräder 50 sind mit dem Hohlrad 46 verzahnt. Der Planetenträger 52 ist zur Rotation mit einem Differentialgehäuse 54 der Differentialgetriebebaugruppe 34 verkoppelt. Die Planetengetriebebaugruppe 16 stellt eine Reduktion des Übersetzungsverhältnisses von dem Sonnenrad 20 zu dem Planetenträger 52 und somit zu dem Differentialgehäuse 54 bereit. Das Sonnenrad 20 wird durch eine Verkopplungsvorrichtung wie z. B. eine Kette oder einen Riemen rotierbar mit der Getriebeanordnung 14 verkoppelt, sodass ein Ausgang der Getriebeanordnung 14 das Sonnenrad 20 antriebsmäßig rotiert, wodurch der Rotationsausgang von der Getriebeanordnung 14 in einen Rotationseingang des Sonnenrades 20 übersetzt wird.
  • Die Differentialgetriebebaugruppe 34 beinhaltet ein Paar Achswellenräder 60 und 62, die zur Rotation mit den Antriebswellen 40 bzw. 42 (und den ersten bzw. zweiten Antriebsrädern 44 und 48) montiert sind. Mehrere Querzapfen oder Ritzelwellen 66 sind fest an dem Differentialgehäuse 54 montiert, um sich mit ihm zu drehen. Eine entsprechende Mehrzahl von Ritzeln 70 ist für eine Rotation mit den Ritzelwellen 66 montiert und steht sowohl mit den Achswellenrädern 60 wie 62 in Zahneingriff. In einer offenen Konfiguration, die nachstehend ausführlicher beschrieben wird, dient die Differentialgetriebebaugruppe 34 zur Ermöglichung, dass die Antriebswellen 40 und 42 mit unterschiedlichen Drehzahlen rotieren.
  • Die Kupplungsbaugruppe 32 verkoppelt die Planetengetriebebaugruppe 16 mit der Differentialgetriebebaugruppe 34. Die Kupplungsbaugruppe 32 beinhaltet einen Kupplungssatz und einen Kupplungsaktuator. Der Kupplungssatz umfasst mehrere ringförmige Scheiben 74, die zwischen mehreren ringförmigen Reibscheiben 78 ineinandergreifend angeordnet sind. Die mehreren ringförmigen Scheiben 74 können zur Rotation mit entweder dem Differentialgehäuse 54 oder der Differentialgetriebebaugruppe 34 verkoppelt werden. Die mehreren ringförmigen Reibscheiben 78 können zur Rotation mit der jeweils anderen Baugruppe verkoppelt werden. In der illustrierten Ausführungsform werden die mehreren ringförmigen Scheiben 74 für eine Rotation mit dem Differentialgehäuse 54 verkoppelt (z. B. durch Keilverzahnung mit einem Innendurchmesser 76 des Differentialgehäuses 54), und die mehreren ringförmigen Reibscheiben 78 werden zur Rotation mit der Differentialgetriebebaugruppe 34 verkoppelt (z. B. durch Keilverzahnung mit einem Außendurchmesser 80 des Achswellenrades 60). Es versteht sich, dass die ringförmigen Reibscheiben 78 von einem der Achswellenräder 60 oder 62 oder von beiden für die Rotation abgestützt werden können.
  • Die mehreren ringförmigen Scheiben 74 und ringförmigen Reibscheiben 78 sind untereinander ineinandergreifend angeordnet und dienen dazu, nacheinander in einer im Wesentlichen berührungslosen Beziehung zu rotieren, wenn sich die Kupplungsbaugruppe 32 in ihrer offenen Stellung befindet. Allerdings versteht sich für die Fachleute, dass der Begriff ”berührungslos”, so wie er hier verwendet wird, relativ zu verstehen ist und nicht notwendigerweise angibt, dass die ringförmigen Scheiben 74 und die ringförmigen Reibscheiben 78 überhaupt nicht in Kontakt kommen, wenn sich die Kupplungsbaugruppe 32 in der offenen Stellung befindet. Die ringförmigen Scheiben 74 und die ringförmigen Reibscheiben 78 können sich bis zu einem Reibschluss relativ zueinander bewegen, wodurch die Relativdrehung zwischen den ringförmigen Scheiben 74 und den ringförmigen Reibscheiben 78 verringert wird, wenn sich die Kupplungsbaugruppe 32 in der geschlossenen oder teilweise geschlossenen Konfiguration befindet. Auf diese Weise drehen sich die Achswellenräder 60 und 62 sowie die Antriebswellen 40 und 42 und die Antriebsräder 44 und 48 zusammen, wenn sich die Kupplungsbaugruppe 32 in ihrer geschlossenen Stellung befindet.
  • Die Kupplungsbaugruppe 32 kann in einer offenen Konfiguration arbeiten, bei der es zugelassen wird, dass die Achswellenräder 60 und 62 unabhängig voneinander z. B. mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten rotieren. Weiterhin kann die Kupplungsbaugruppe 32 in einer geschlossenen oder teilweise geschlossenen Konfiguration arbeiten, bei der die Achswellenräder 60 und 62 zusammen oder teilweise zusammen (d. h. nicht unabhängig voneinander) rotieren, und z. B. mit im Wesentlichen der gleichen Geschwindigkeit. Die Kupplungsbaugruppe 32 kann beispielsweise eine Hydraulikkupplungsbaugruppe 32 sein, die unter Druck stehendes Hydraulikfluid verwendet, um den Kupplungssatz selektiv zwischen den offenen, geschlossenen und teilweise geschlossenen Konfigurationen zu betätigen.
  • Der Kupplungsaktuator kann einen Kolben umfassen, der mit dem Kupplungssatz interagiert (ringförmige Scheiben 74 und ringförmige Reibscheiben 78), um den Kupplungssatz selektiv zwischen den offenen, vollständig geschlossenen und teilweise geschlossenen Konfigurationen zu betätigen. In einer Hydraulikkupplungsbaugruppe 32 steht der Kolben mit einer Quelle von unter Druck stehendem Hydraulikfluid in Fluidverbindung, z. B. durch ein Hydraulikfluidventil, das das unter Druck stehende Hydraulikfluid von einer Hydraulikfluidquelle bereitstellt. Eine Einstellung des Drucks des zugeführten, unter Druck stehenden Hydraulikfluids führt zu einer Bewegung des Kolbens für eine selektive Betätigung des Kupplungssatzes. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhaltet der Kupplungsaktuator auch das Hydraulikfluidventil, was nachstehend näher beschrieben werden wird.
  • Weiterhin auf 2 Bezug nehmend ist eine beispielhafte Konfiguration für die Sperrdifferentialbaugruppe 30 dargestellt. Wie oben beschrieben beinhaltet die Sperrdifferentialbaugruppe 30 einen Kupplungssatz 90 (z. B. einschließlich der mehreren ringförmigen Scheiben 74, die zwischen den mehreren ringförmigen Reibscheiben 78 ineinandergreifend angeordnet sind). Der Kupplungssatz 90 steht mit einem Kupplungsaktuator wie z. B. einem Kolben 92 in Verbindung, der mit einem Hydraulikfluidventil 94 in Fluidverbindung steht. Das Hydraulikfluidventil 94 kann ein Steuerventil wie z. B. ein Dreiwege-Steuerventil sein. In einigen Ausführungsformen beinhaltet der Kupplungsaktuator ferner das Hydraulikfluidventil 94. Der Kupplungsaktuator ist für eine selektive Betätigung des Kupplungssatzes 90 zwischen einer offenen, vollständig geschlossenen und teilweise geschlossenen Konfiguration ausgelegt.
  • Der Kupplungsaktuator (wie z. B. der Kolben 92 und das Hydraulikfluidventil 94) steht mit einer Quelle von unter Druck stehendem Hydraulikfluid in Fluidverbindung. Die Quelle des unter Druck stehenden Hydraulikfluids kann eine Pumpe 96 sein, die Hydraulikfluid von einer Hydraulikfluidquelle empfängt und unter Druck setzt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Pumpe 96 eine Getriebepumpe des Fahrzeugs, die Hydraulikfluid von einer Hydraulikfluidquelle wie z. B. einem Getriebesumpf empfängt. Ein Druckentlastungsventil 98 kann zwischen dem Hydraulikfluidventil 94 und der Pumpe 96 angeordnet werden, um Druck abzulassen. Ferner können das Hydraulikfluidventil 94 und das Druckentlastungsventil 98 auf Wunsch überschüssiges, unter Druck stehendes Hydraulikfluid zu der Hydraulikfluidquelle zurückführen.
  • Das Hydraulikfluidventil 94 empfängt ein Steuersignal von einer Steuervorrichtung 100. Die Steuervorrichtung 100 kann ein Proportional-Integral-Differential-Steuergerät sein, wobei ein Beispiel dafür in 2 illustriert ist. Die Steuervorrichtung 100 empfängt ein Referenzsteuersignal z. B. von einem Steuersystem des Fahrzeugs. Beispielhafte Fahrzeugsteuersysteme beinhalten, ohne sich jedoch darauf zu begrenzen, eine Motorsteuereinheit, ein Stabilitätssteuersystem, ein Traktionssteuersystem und Kombinationen daraus. Das Referenzsteuersignal kann eine Anzeige eines befohlenen Drucks bereitstellen und zu dem Kupplungssatz 90 weiterleiten. Weiterhin kann die Steuervorrichtung 100 Drucksignale von einem Drucksensor 120 empfangen, das den erfassten Druck des dem Kupplungssatz 90 zugeführten, unter Druck stehenden Hydraulikfiuids angibt.
  • In verschiedenen Ausführungsformen wird eine Differenz zwischen dem Referenzsteuersignal und dem Drucksignal bestimmt und zu einem Filter 102 geleitet. Das Filter 102 kann ein Totzonenfilter sein, obgleich auch andere Filtertypen verwendet werden können. Das Filter 102 gibt ein gefiltertes Differenzsignal an sowohl eine Proportional-Integral-Differential-Steuervorrichtung 104, eine integrale Steuervorrichtung 106 sowie eine Vorwärtskopplungsschaltung 112 aus. Der Ausgang der integralen Steuervorrichtung 106 wird zu einer Sättigungsbegrenzungsschaltung 108 zugeführt, die sicherstellt, dass das Ausgangssignal nicht die Sättigungsgrenze des Hydraulikfluidventils 94 übersteigt.
  • Die Ausgänge der Proportional-Differential-Steuervorrichtung 104 und der integralen Steuervorrichtung 106 werden aufsummiert und einer weiteren Sättigungsbegrenzungsschaltung 110 zugeführt, die sicherstellt, dass das summierte Signal nicht die Sättigungsgrenze des Hydraulikfluidventils 94 übersteigt. Der Ausgang der Sättigungsbegrenzungsschaltung 110 kann mit dem Ausgang der Vorwärtskopplungsschaltung 112 aufsummiert werden, und der summierte Ausgang kann einer weiteren Sättigungsbegrenzungsschaltung 114 zugeführt werden. Die Sättigungsbegrenungsschaltung 114 stellt sicher, dass der summierte Ausgang die Sättigungsgrenze des Hydraulikfluidventils 94 nicht übersteigt. Der Ausgang der Sättigungsbegrenzungsschaltung 114 ist das Steuersignal, das dem Hydraulikfluidventil 94 zugeführt wird, welches gemäß diesem Steuersignal gesteuert wird, um den Druck des unter Druck stehenden Hydraulikfluids zu dem Kupplungssatz 90 anzupassen.
  • Das Sperrdifferential 30 wird folgendermaßen betrieben. Wird in einer Betriebsbedingungen ein offenes Differential z. B. durch das Fahrzeugsteuersystem befohlen, wird der Kupplungssatz 90 in der offenen Konfiguration gehalten. Die offene Konfiguration entspricht dem Zustand, dass die mehreren ringförmigen Scheiben 74 und die mehreren ringförmigen Reibscheiben 78 dazu konfiguriert sind, sich unabhängig voneinander in einer im Wesentlichen berührungslosen Beziehung wie oben beschrieben zu drehen. Ferner rotieren in der offenen Konfiguration die ersten und zweiten Achswellenräder 60 und 62 unabhängig voneinander. Es sollte sich verstehen, dass der Begriff ”unabhängig” bei der Beschreibung der Rotation der ersten und zweiten Achswellenräder 60 und 62 nicht vollständig unabhängig bedeutet, da die ersten und zweiten Achswellenräder 60 und 62 beide mit dem Differentialgehäuse 54 verkoppelt sind und sich mit ihm drehen. Die Beschreibung, dass die ersten und zweiten Achswellenräder 60 und 62 ”unabhängig” voneinander rotieren, bezieht sich auf die Beschreibung der Relativdrehung der ersten und zweiten Achswellenräder 60 und 62, sodass sich die ersten und zweiten Antriebsräder 44 und 48 mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen können.
  • Wird in einer Betriebsbedingung ein vollständig geschlossenes Differential z. B. durch das Fahrzeugsteuersystem befohlen, wird der Kupplungssatz 90 zu der geschlossenen Konfiguration betätigt. Die vollständig geschlossene Konfiguration entspricht dem Zustand, dass die mehreren ringförmigen Scheiben 74 und die mehreren ringförmigen Reibscheiben 78 zusammen in einer in Kontakt stehenden Beziehung rotieren. Ferner rotieren in der vollständig geschlossenen Konfiguration die ersten und zweiten Achswellenräder 60 und 62 zusammen. Es sollte sich verstehen, dass der Begriff ”zusammen rotieren” in Bezug auf eine Beschreibung der Rotation der ersten und zweiten Achswellenräder 60 und 62 darauf abzielt, die Relativdrehung der ersten und zweiten Achswellenräder 60 und 62 zu beschreiben, sodass sich die ersten und zweiten Antriebsräder mit der gleichen Geschwindigkeit drehen.
  • Weiterhin kann die Sperrdifferentialbaugruppe 30 in einer oder mehreren teilweise geschlossenen Zwischenkonfigurationen zwischen der offenen und der vollständig geschlossenen Konfiguration betrieben werden. Wird in einer Betriebsbedingung ein teilweise geschlossenes Zwischendifferential z. B. durch das Fahrzeugsteuersystem befohlen, wird der Kupplungssatz 90 zu einer teilweise geschlossenen Zwischenkonfiguration betätigt. Die teilweise geschlossene Zwischenkonfiguration entspricht dem Zustand, dass die mehreren ringförmigen Scheiben 74 und die mehreren ringförmigen Reibscheiben 78 in einer in Kontakt stehenden Beziehung sind, um die Relativdrehung zwischen den mehreren ringförmigen Scheiben 74 und den mehreren ringförmigen Reibscheiben 78 zu verringern, sodass sich die ersten und zweiten Achswellenräder 60 und 62 nicht wie oben beschrieben ”unabhängig” voneinander drehen.
  • Die obige Beschreibung der Ausführungsformen dient den Zwecken einer Illustration und Erläuterung. Sie beabsichtigt weder vollständig zu sein noch die Erfindung zu begrenzen. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform begrenzen sich im Allgemeinen nicht auf diese spezifische Ausführungsform, sondern sie können dort wo es anwendbar ist, selbst dann untereinander ausgetauscht und in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, wenn dies nicht spezifisch dargestellt oder beschrieben worden ist. Dieser Umstand kann in vielfältiger Weise variieren. Demzufolge weichen derartige Variationen nicht vom Rahmen der Erfindung ab, sondern es ist beabsichtigt, dass sämtliche derartigen Modifikationen in den Rahmen der Erfindung eingeschlossen werden.

Claims (17)

  1. Sperrdifferentialbaugruppe für ein Fahrzeug, versehen mit: – einer Planetengetriebebaugruppe einschließlich eines Sonnenrades, mehreren Planetenrädern und einem Hohlrad, wobei das Sonnenrad rotierbar mit einer Getriebeanordnung verkoppelt und zur Übertragung von Drehkraft an die mehreren Planetenräder ausgelegt ist; – einem zur Rotation mit den mehreren Planetenrädern verkoppelten Differentialgehäuse; – einer innerhalb des Differentialgehäuses angeordneten Differentialgetriebebaugruppe, die ein erstes Achswellenrad und ein zweites Achswellenrad aufweist, welche mit den ersten bzw. zweiten Antriebsrädern des Fahrzeugs verkoppelt sind; und – einer die Planetengetriebebaugruppe mit der Differentialgetriebebaugruppe verkoppelnde Hydraulikkupplungsbaugruppe, die einen Kupplungssatz und einen Kupplungsaktuator aufweist, wobei der Kupplungsaktuator derart in Fluidverbindung mit einer Getriebepumpe des Fahrzeugs steht, dass unter Druck stehendes Hydraulikfluid von der Getriebepumpe zu dem Kupplungssatz geführt wird, um den Kupplungssatz selektiv zwischen einer offenen Konfiguration und einer vollständig geschlossenen Konfiguration zu betätigen, wobei der Kupplungssatz mehrere ringförmige Scheiben beinhaltet, die mit mehreren ringförmigen Reibscheiben ineinandergreifend angeordnet sind; und wobei die mehreren ringförmigen Scheiben zur Rotation mit entweder dem Differentialgehäuse oder der Differentialgetriebebaugruppe verkoppelt und die mehreren ringförmigen Reibscheiben zur Rotation mit dem jeweils anderen Bauteil verkoppelt sind, wobei (i) in der offenen Konfiguration die mehreren ringförmigen Scheiben und die mehreren ringförmigen Reibscheiben für eine unabhängige Rotation in einer im Wesentlichen berührungslosen Beziehung ausgelegt sind, und (ii) in der vollständig geschlossenen Konfiguration die mehreren ringförmigen Scheiben und die mehreren ringförmigen Reibscheiben zusammen in einer in Kontakt stehenden Beziehung rotieren, und wobei die ersten und zweiten Achswellenräder: (i) in der offenen Konfiguration unabhängig voneinander derart rotieren, dass sich die ersten und zweiten Antriebsräder mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten drehen können, und (ii) in der vollständig geschlossenen Konfiguration derart rotieren, dass sich die ersten und zweiten Antriebsräder mit der gleichen Geschwindigkeit drehen.
  2. Sperrdifferentialbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Kupplungsaktuator einen Kolben beinhaltet, der mit dem Kupplungssatz interagiert, um den Kupplungssatz zwischen der offenen und der vollständig geschlossenen Konfiguration zu betätigen, wobei der Kolben in Fluidverbindung mit einem Hydraulikfluidventil steht, das unter Druck stehendes Hydraulikfluid von der Getriebepumpe zu dem Kupplungssatz führt.
  3. Sperrdifferentialbaugruppe nach Anspruch 2, wobei der Kupplungsaktuator ferner das Hydraulikfluidventil beinhaltet.
  4. Sperrdifferentialbaugruppe nach Anspruch 3, wobei das Hydraulikfluidventil ein Steuerventil ist.
  5. Sperrdifferentialbaugruppe nach Anspruch 2, ferner versehen mit: – einem Drucksensor zum Erfassen des Drucks des dem Kupplungssatz zugeführten, unter Druck stehenden Hydraulikfluids; und – einem in Verbindung mit dem Drucksensor stehenden Steuergerät, das zur Einstellung des Drucks ein Steuersignal zu dem Hydraulikfluidventil leitet.
  6. Sperrdifferentialbaugruppe nach Anspruch 5, bei der das Steuergerät ein Proportional-Integral-Differential-Steuergerät ist.
  7. Sperrdifferentialbaugruppe nach Anspruch 1, bei der der Kupplungsaktuator zur selektiven Betätigung des Kupplungssatzes zwischen der offenen Konfiguration, der vollständig geschlossenen Konfiguration und mindestens einer teilweise geschlossenen Zwischenkonfiguration ausgelegt ist, wobei die mindestens eine teilweise geschlossene Zwischenkonfiguration dem Zustand entspricht, wenn sich die mehreren ringförmigen Scheiben und die mehreren ringförmigen Reibscheiben derart in einer in Kontakt stehenden Beziehung befinden, um die relative Rotation zwischen den mehreren ringförmigen Scheiben und den mehreren ringförmigen Reibscheiben zu reduzieren, sodass sich die ersten und zweiten Achswellenräder nicht vollkommen unabhängig voneinander drehen.
  8. Sperrdifferentialbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Antriebsrad des Fahrzeugs Vorderräder sind.
  9. Fahrzeugantriebsstrang, versehen mit: – einem Motor; – einer mit dem Motor verkoppelten Getriebeanordnung, die von diesem einen Rotationsausgang aufnimmt, wobei die Getriebeanordnung eine Getriebepumpe beinhaltet, und – einer der Getriebeanordnung verkoppelten Sperrdifferentialbaugruppe, die zur Bereitstellung einer Antriebskraft zu dem ersten und dem zweiten Antriebsrad eines Fahrzeugs ausgelegt ist, wobei die Sperrdifferentialbaugruppe versehen ist mit: – einer mit der Getriebeanordnung verkoppelten Planetengetriebebaugruppe, die von dieser Rotationskraft erhält, – einem zur Rotation mit einem Teil der Planetengetriebebaugruppe verkoppelten Differentialgehäuse, – einer innerhalb des Differentialgehäuses angeordneten Differentialgetriebebaugruppe, die ein erstes Achswellenrad und ein zweites Achswellenrad aufweist, die mit den ersten bzw. zweiten Antriebsrädern des Fahrzeugs verkoppelt sind; und – einer die Planetengetriebebaugruppe mit der Differentialgetriebebaugruppe verkoppelnde Hydraulikkupplungsbaugruppe, die einen Kupplungssatz und einen Kupplungsaktuator aufweist, wobei der Kupplungsaktuator derart in Fluidverbindung mit einer Getriebepumpe des Fahrzeugs steht, dass das unter Druck stehende Hydraulikfluid von der Getriebepumpe zu dem Kupplungssatz geführt wird, um den Kupplungssatz selektiv zwischen einer offenen Konfiguration und einer vollständig geschlossenen Konfiguration zu betätigen, wobei die ersten und zweiten Achswellenräder: (i) in der offenen Konfiguration unabhängig voneinander derart rotieren, dass sich die ersten und zweiten Antriebsräder mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten drehen können, und (ii) in der vollständig geschlossenen Konfiguration derart rotieren, dass sich die ersten und zweiten Antriebsräder mit der gleichen Geschwindigkeit drehen.
  10. Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 9, wobei: – der Kupplungssatz mehrere ringförmige Scheiben beinhaltet, die mit mehreren ringförmigen Reibscheiben ineinandergreifend angeordnet sind; und wobei die mehreren ringförmigen Scheiben zur Rotation mit entweder dem Differentialgehäuse oder der Differentialgetriebebaugruppe verkoppelt und die mehreren ringförmigen Reibscheiben zur Rotation mit dem jeweils anderen Bauteil verkoppelt sind, – die offene Konfiguration dem Zustand entspricht, in welchem die mehreren ringförmigen Scheiben und die mehreren ringförmigen Reibscheiben dazu ausgelegt sind, in einer im Wesentlichen berührungslosen Beziehung unabhängig voneinander zu rotieren, und – die vollständig geschlossene Konfiguration dem Zustand entspricht, in welchem die mehreren ringförmigen Scheiben und die mehreren ringförmigen Reibscheiben dazu ausgelegt sind, zusammen in einer in Kontakt stehenden Beziehung zu rotieren.
  11. Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 10, wobei der Kupplungsaktuator zur selektiven Betätigung des Kupplungssatzes zwischen der offenen Konfiguration, der vollständig geschlossenen Konfiguration und mindestens einer teilweise geschlossenen Zwischenkonfiguration ausgelegt ist, wobei die mindestens eine teilweise geschlossene Zwischenkonfiguration dem Zustand entspricht, in welchem die mehreren ringförmigen Scheiben und die mehreren ringförmigen Reibscheiben in einer in Kontakt stehenden Beziehung sind, um die Relativdrehung zwischen den mehreren ringförmigen Scheiben und den mehreren ringförmigen Reibscheiben derart zu reduzieren, dass sich die ersten und zweiten Achswellenräder nicht vollständig unabhängig voneinander drehen.
  12. Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 9, ferner versehen mit einem Hydraulikfluidventil, welches dem Kupplungssatz unter Druck stehendes Hydraulikfluid von der Getriebepumpe zuführt, wobei der Kupplungsaktuator einen Kolben beinhaltet, der mit dem Kupplungssatz zur selektiven Betätigung des Kupplungssatzes zwischen der offenen und der vollständig geschlossenen Konfiguration interagiert, und wobei der Kolben in Fluidverbindung mit dem Hydraulikfluidventil steht.
  13. Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 12, wobei der Kupplungsaktuator ferner das Hydraulikfluidventil beinhaltet.
  14. Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 13, wobei das Hydraulikfluidventil ein Steuerventil ist.
  15. Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 9, wobei die Sperrdifferentialbaugruppe ferner versehen ist mit: – einem Drucksensor zum Erfassen des Drucks des dem Kupplungssatz zugeführten unter Druck stehenden Hydraulikfluids; und – einem in Verbindung mit dem Drucksensor stehenden Steuergerät, das dazu ausgebildet ist, zur Einstellung des Drucks ein Steuersignal dem Hydraulikfluidventil zuzuleiten.
  16. Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 15, bei der die Steuervorrichtung eine Proportional-Integral-Differential-Steuervorrichtung ist.
  17. Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 9, wobei das erste und zweite Antriebsrad des Fahrzeugs Vorderräder sind.
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