DE3535850A1 - Motor vehicle with controllable distribution of drive and brake forces - Google Patents
Motor vehicle with controllable distribution of drive and brake forcesInfo
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Abstract
Description
Bei Kraftfahrzeugen können, bedingt durch unterschiedliche Rad durchmesser oder unterschiedlich lange Abrollwege, z. B. bei Kur venfahrt, an den Rädern voneinander abweichende Drehzahlen auf treten. Damit die Drehzahlabweichungen bei den angetriebenen Rä dern nicht zu Verspannungen führen, werden zwischen den rechten und linken Rädern Differentiale eingebaut, die unterschiedliche Drehzahlen zulassen und zu weitgehend gleichen Antriebskräften an den Rädern führen. Werden alle vier Räder angetrieben, so wird neben den Differentialen in der Vorder- und Hinterachse auch noch ein Differential zwischen vorn und hinten eingebaut, das u. a. dafür sorgt, daß es bei Kurvenfahrt, bei der die Hinterachse auf der Schleppkurve einen kürzeren Weg zurücklegt, nicht zu Verspan nungen kommt. Neben den Differentialen sind auch andere Einrich tungen, z. B. Visco-Kupplungen, bekannt, die einen Drehzahlunter schied zulassen oder eine bestimmte Momentenverteilung vornehmen.In motor vehicles, due to different wheel diameter or different lengths of unwind, z. B. at cure speed, different speeds on the wheels to step. So that the speed deviations in the driven Rä who do not lead to tension, are between the right and left wheel differentials built in, the different Allow speeds and largely the same driving forces lead on the wheels. If all four wheels are driven, then in addition to the differentials in the front and rear axles a differential installed between front and rear, which u. a. ensures that when cornering when the rear axle is on the trajectory travels a shorter distance, not to chip coming. In addition to the differentials, there are also other devices tungen, z. B. Visco-couplings, known that a speed sub allow difference or make a certain torque distribution.
Alle diese Einrichtungen haben gewisse Nachteile. Das Differential sorgt z. B. dafür, daß an allen Rädern gleich große Antriebskräfte auftreten. Steht ein Rad auf Eis und kann, bedingt durch den ge ringen Kraftschlußbeiwert, nur kleine Antriebskräfte übertragen, so übertragen die anderen Räder auch nur diese kleinen Antriebs kräfte, obwohl an diesen Rädern bei größerem Kraftschlußbeiwert größere Antriebskräfte möglich wären. Damit diese Räder größere Kräfte übertragen, werden z. B. Differentialsperren eingesetzt.All of these facilities have certain disadvantages. The differential z. B. ensure that all wheels have the same driving forces occur. Is a wheel on ice and can, due to the ge wrestle adhesion coefficient, only small driving forces transmitted, so the other wheels only transmit this small drive forces, although on these wheels with a larger coefficient of adhesion larger driving forces would be possible. To make these wheels bigger Forces are transmitted z. B. Differential locks used.
Bei Visco-Kupplungen ist der Kraftanteil, der von den einzelnen Rädern übernommen wird, von der Differenzdrehzahl an der Visco- Kupplung abhängig. Dieses bedeutet, daß z. B. der Abrollumfang der Reifen einen erheblichen Einfluß auf die Verteilung der An triebskräfte an den Rädern hat. Der Einfluß auf die Lastvertei lung ist um so größer, je höher die Geschwindigkeit des Fahrzeu ges und damit die Differenzdrehzahl an der Visco-Kupplung ist. For viscous couplings, the proportion of force is that of the individual Wheels is taken from the differential speed at the visco Clutch dependent. This means that e.g. B. the rolling circumference the tire has a significant impact on the distribution of the tires driving forces on the wheels. The influence on the load distribution The higher the speed of the vehicle, the greater the lung total and therefore the differential speed at the viscous coupling.
Außerdem tritt bei jeder Kurvenfahrt wegen der unterschiedlich langen Wege der Räder eine Verlagerung der Antriebskräfte von rechts nach links und von vorn nach hinten auf.It also occurs differently each time cornering long distances of the wheels a shift in driving forces right to left and from front to back.
Sowohl die Differentiale mit und ohne Hilfseinrichtungen als auch die Visco-Kupplungen verteilen die Antriebskräfte entsprechend der jeweiligen Dimensionierung. Die Verteilung der Antriebskräfte ist also von der Dimensionierung bzw. Auslegung abhängig und kann nur ein Kompromiß für eine Vielzahl von verschiedenen Fahrzustän den sein.Both the differentials with and without auxiliary devices as well the viscous couplings distribute the driving forces accordingly the respective dimensioning. The distribution of the driving forces is therefore dependent on the dimensioning or design and can just a compromise for a variety of different driving conditions be that.
Erfindungsgemäß wird eine Anordnung vorgeschlagen, bei der die Verteilung der Antriebskräfte auf die Räder entsprechend den je weils vorliegenden Fahrbedingungen gesteuert und unter Zuhilfe nahme von Sensoren geregelt werden kann. Es wird vorgeschlagen, in den Antriebsstrang anstelle von Differentialen oder anderen Einrichtungen zum Drehzahlausgleich eine Drehzahlüberlagerungs einrichtung einzubauen, über die dem Antriebssystem eine Diffe renzdrehzahl aufgezwungen und damit die Lastverteilung auf die Räder bestimmt wird. Außerdem wird vorgeschlagen, die Antriebs kräfte bzw. Antriebsmomente an den Rädern durch geeignete Sen soren zu erfassen und entsprechend den Meßwerten die Drehzahl differenz an der Drehzahlüberlagerungseinrichtung zu steuern und damit die Lastverteilung zu regeln.According to the invention, an arrangement is proposed in which the Distribution of the driving forces on the wheels according to each because driving conditions are controlled and with the help can be regulated by sensors. It is suggested, in the driveline instead of differentials or others Devices for speed compensation a speed overlay to install a device over which the drive system has a dif limit speed and thus the load distribution on the Wheels is determined. It also proposes the drive Forces or drive torques on the wheels through suitable sen sensors and the speed according to the measured values to control difference on the speed superposition device and to regulate the load distribution.
Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau eines Kraftfahrzeuges mit der erfindungsgemäßen Anordnung Fig. 1 shows the schematic structure of a motor vehicle with the arrangement according to the invention
Fig. 2 zeigt schematisch Kraftschlußbeiwert-Schlupffunktionen für etwas unterschiedliche Reifen-/Straßenverhältnisse. Fig. 2 shows schematically the adhesion coefficient slip functions for somewhat different tire / road conditions.
Die in Fig. 2 schematisch dargestellten Kraftschlußbeiwert-Schlupf funktionen sollen die Verhältnisse an einem Fahrzeug darstellen, bei dem nicht an allen Rädern die gleichen Reifen- und Fahrbahn bedingungen vorliegen. Die Kurve a möge für die Hinterräder und die Kurve b für die Vorderräder eines PKWs gelten. Der Einfach heit halber und zum besseren Verständnis wird unterstellt, daß die Vorder- und Hinterräder jeweils die gleichen Funktionen ha ben. In der Praxis werden natürlich alle Räder eine unterschied liche Kraftschlußbeiwert-Schlupffunktion haben, die sich außer dem noch laufend mit dem Straßenzustand und der Gewichtsvertei lung, z. B. durch Fliehkräfte, ändert.The adhesion coefficient slip functions shown schematically in FIG. 2 are intended to represent the conditions on a vehicle in which the same tire and road conditions are not present on all wheels. Curve a may apply to the rear wheels and curve b to the front wheels of a car. For the sake of simplicity and for better understanding, it is assumed that the front and rear wheels each have the same functions. In practice, of course, all wheels will have a different adhesion coefficient slip function, which in addition to the ongoing with the road condition and the weight distribution, z. B. by centrifugal forces changes.
Der Betrag S 0, um den die beiden Funktionen in der Mitte verscho ben sind, ist auf den unterschiedlichen Abrollumfang der Reifen zurückzuführen. Er kann auf Fertigungstoleranzen, Differenzen beim Luftdruck oder unterschiedlicher Profilhöhe beruhen. Neben dem Unterschied im Nullpunkt kann es, wie dargestellt, auch Un terschiede im Kraftschlußgradienten, d. h. der Steilheit der Kur ven, geben.The amount S 0 by which the two functions are shifted in the middle is due to the different rolling circumference of the tires. It can be based on manufacturing tolerances, differences in air pressure or different profile heights. In addition to the difference in the zero point, as shown, there can also be differences in the adhesion gradient, ie the steepness of the curves.
Würde man ein Fahrzeug bei derartigen Reifen- und Straßenverhält nissen ohne Mittendifferential oder eine andere Einrichtung zum Drehzahlausgleich betreiben, so würden, bedingt durch den unter schiedlichen Abrollumfang und den unterschiedlichen Kraftschluß gradienten, auch unterschiedliche Umfangskräfte (Brems- oder An triebskräfte) an den Reifen auftreten. Bei einem Fahrzustand ent sprechend der Linie I würden an den Vorderrädern eine Antriebs kraft F 1 und an den Hinterrädern eine Antriebskraft F 2 auftreten. Bei einem anderen Fahrzustand, entsprechend der Linie II, würden vorn Bremskräfte F 3 und hinten Antriebskräfte F 4 auftreten, ein typischer Zustand der Verspannung.Would you operate a vehicle with such tire and road conditions without center differential or another device for speed compensation, then due to the different rolling circumference and the different adhesion gradients, different circumferential forces (braking or driving forces) would occur on the tires . In a driving state corresponding to line I, a driving force F 1 and a driving force F 2 would occur on the front wheels. In another driving state, corresponding to line II, braking forces F 3 would occur at the front and drive forces F 4 would occur at the rear, a typical state of tension.
Bei einer Kurvenfahrt folgen die Hinterräder eines PKWs der Schlepp kurve, die kürzer ist als der Weg, den die Vorderräder zurücklegen. Bei einem PKW mit Front- oder Heckantrieb würden sich die Vorder räder noch schneller drehen, als sie es ohnehin, bedingt durch den angenommenen kleineren Abrollumfang, schon tun würden. Trägt man die Schlupfkennlinien für diesen Zustand in Fig. 2 ein, so ergibt sich die Kurve b 1, die um einen bestimmten Betrag x nach rechts verschoben ist. Bei einem Front- oder Heckantrieb treten dadurch keine wesentlichen Änderungen im Fahrverhalten auf. Betrachtet man dagegen die Verhältnisse bei Kurvenfahrt mit einem Allradan trieb ohne Mittendifferential, so würden bei einem Fahrzustand entsprechend der Linie I hinten wieder Antriebskräfte in der Grö ße von F 2 und vorn Bremskräfte F 5 auftreten. Bei einem Allrad fahrzeug mit Mittendifferential würden dagegen an allen Rädern weitgehend gleiche Umfangskräfte auftreten. When cornering, the rear wheels of a car follow the towing curve, which is shorter than the distance covered by the front wheels. In a car with front or rear-wheel drive, the front wheels would turn even faster than they would anyway, due to the assumed smaller rolling circumference. If the slip characteristic curves for this state are entered in FIG. 2, the curve b 1 results, which is shifted to the right by a certain amount x . With front or rear-wheel drive, there are no significant changes in driving behavior. On the other hand, if you consider the conditions when cornering with an all-wheel drive without center differential, driving forces in the size of F 2 and front braking forces F 5 would occur again in a driving state corresponding to line I. In an all-wheel drive vehicle with center differential, on the other hand, largely the same circumferential forces would occur on all wheels.
Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die z. B. durch Unterschie de im Abrollumfang oder Abrollweg auftretenden Drehzahldifferen zen durch eine Drehzahlüberlagerungseinrichtung auszugleichen. Mit dieser Einrichtung wäre es dann auch möglich, eine bestimmte Verschiebung der Kraftschlußbeiwert-Schlupffunktionen durchzufüh ren, um damit eine bestimmte Verteilung der Umfangskräfte an den Rädern zu erreichen. Durch eine solche Einrichtung kann dann die für den jeweiligen Straßenzustand und die jeweilige Fahrsituation günstigste Verteilung der Reifenumfangskräfte frei gewählt werden.It is proposed according to the invention that the z. B. by difference de speed differences occurring in the rolling circumference or rolling path zen compensate by a speed superposition device. With this facility it would then also be possible to create a specific Shift the adhesion coefficient slip functions ren, so that a certain distribution of the circumferential forces on the To reach wheels. With such a facility, the for the respective road condition and the respective driving situation cheapest distribution of tire circumferential forces can be chosen freely.
Da die Kraftschlußbeiwert-Schlupffunktion bei den heute verwende ten Reifen einen großen Kraftschlußgradienten hat, die Kurven also verhältnismäßig steil sind, genügt das Aufbringen einer klei nen Überlagungsdrehzahl, um z. B. die gesamte Antriebskraft von vorn nach hinten zu verlagern.Since the adhesion coefficient slip function in use today tire has a large traction gradient, the curves are relatively steep, it is sufficient to apply a small one NEN beat speed to z. B. the total driving force of to shift from front to back.
Bei einem Fahrzeug mit zwei angetriebenen Rädern (Front- oder Heckantrieb), einem Fahrzeuggewicht von 1500 kg, einer Fahrge schwindigkeit von 150 km/h, 100 kW Nutzleistung an den Rädern und einem Kraftschlußgradienten von 30 würde der Schlupf an den beiden angetriebenen Rädern etwa 1% betragen. Bei sonst glei chen Verhältnissen, aber einem Allradantrieb mit einer gleichmä ßigen Verteilung der Antriebsleistung auf vier Räder (permanen ter Allradantrieb), würde an jedem Rad etwa 0,5% Schlupf auf treten.In a vehicle with two driven wheels (front or Rear-wheel drive), a vehicle weight of 1500 kg, a vehicle speed of 150 km / h, 100 kW useful power on the wheels and a traction gradient of 30 would slip to the both driven wheels are about 1%. Otherwise the same conditions, but an all-wheel drive with an even Distribution of drive power to four wheels (permanent ter all-wheel drive), would slip about 0.5% on each wheel to step.
Würde man ein Allradfahrzeug zwischen vorn und hinten mit einer Drehzahlüberlagerungseinrichtung ausrüsten, so würde bei einer Drehzahlüberlagerung von nur plus oder minus 0,5% die gesamte Antriebsleistung entweder nur über die Vorder- oder nur über die Hinterräder auf die Straße gebracht. Mit der Überlagerungsdreh zahl kann dem Antrieb jede beliebige Lastverteilung aufgezwungen werden. Beim Einsatz entsprecherder Sensoren und Rechner kann die Verteilung der Antriebs- oder Bremskräfte auf die Antriebs stränge oder Räder gesteuert oder geregelt werden.Would you be a four-wheel drive vehicle between front and rear with one Equip the speed superposition device, so would with one Speed superposition of only plus or minus 0.5% the whole Drive power either only on the front or only on the Rear wheels put on the road. With the overlay rotation Any load distribution can be forced on the drive will. When using appropriate sensors and computers, the distribution of the driving or braking forces on the drive strands or wheels are controlled or regulated.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel für den schematischen Aufbau einer er findungsgemäßen Anordnung beim Einsatz zwischen der vorderen und hinteren Antriebsachse eines allradangetriebenen Fahrzeuges. In der beispielhaften Anordnung ist der Drehzahlausgleich zwischen den jeweils rechten und linken Rädern noch durch normale Diffe rentiale vorgesehen. Fig. 1 shows an example of the schematic structure of a he inventive arrangement when used between the front and rear drive axles of an all-wheel drive vehicle. In the exemplary arrangement, the speed compensation between the respective right and left wheels is still provided by normal differences.
Von einem Motor 1 werden über ein Getriebe 2 die Antriebswellen 3 und 4 angetrieben. Die Antriebswelle 3 führt zum vorderen Dif ferential 5 und überträgt von dort über die Achswellen 6 die Mo mente an die Vorderräder 7. Die nach hinten führende Antriebswel le 4 geht in eine Drehzahlüberlagerungseinrichtung 8, wo der von der Antriebswelle 4 kommenden Drehzahl über die Welle 19 eine verstellbare Drehzahl überlagert wird. Von der Drehzahlüberlage rungseinrichtung 8 werden über die Antriebswelle 9 das hintere Differential 10 und von dort über die Antriebswellen 11 die Hin terräder 12 mit einer gegenüber den Vorderrädern 7 verstellbaren Drehzahl angetrieben.The drive shafts 3 and 4 are driven by a motor 1 via a transmission 2 . The drive shaft 3 leads to the front dif ferential 5 and transmits from there via the axle shafts 6 the moments to the front wheels 7 . The rearward drive shaft 4 goes into a speed superposition device 8 , where the speed coming from the drive shaft 4 is superimposed on the shaft 19 by an adjustable speed. From the speed superposition device 8 are driven via the drive shaft 9, the rear differential 10 and from there via the drive shafts 11 to the rear wheels 12 with an adjustable speed relative to the front wheels 7 .
Die gesteuerte oder geregelte Drehzahlveränderung der beiden An triebswellen 4 und 9 zueinander erfolgt in der Drehzahlüberlage rungseinrichtung 8 mit Hilfe des Drehzahlausgleichsaggregates 13 über die Wellen 19 und 20 sowie über die Kupplung 21.The controlled or regulated speed change of the two drive shafts 4 and 9 to each other takes place in the speed transfer device 8 using the speed compensation unit 13 via the shafts 19 and 20 and the clutch 21st
Das Drehzahlausgleichsaggregat 13 kann von einem Regelverstär ker 14 angesteuert werden, der seinerseits mit Sensoren 15 und 16 und/oder dem Bordcomputer 17 verbunden ist. Der Bordcompu ter 17 ist von anderen Eingangsgrößen 18 beeinflußbar. Die Ein gangsgrößen 18 können dabei sowohl von den Witterungsverhältnis sen, z. B. Temperatur, als auch von den augenblicklichen Fahr bedingungen, z. B. Geschwindigkeit und Querbeschleunigung, ab hängen.The speed compensation unit 13 can be controlled by a control amplifier 14 , which in turn is connected to sensors 15 and 16 and / or the on-board computer 17 . The Bordcompu ter 17 can be influenced by other input variables 18 . The input variables 18 can sen both from the weather conditions, z. B. temperature, as well as from the current driving conditions, for. B. speed and lateral acceleration depend on.
Durch eine geeignete Wahl sowohl der Übersetzungen im Getriebe 2 und in den Differentialen 5 und 6 als auch der Drehzahlüberlage rungseinrichtung 8 kann der Antrieb so ausgelegt werden, daß an der Welle 19 der Drehzahlüberlagerungseinrichtung 8 immer eine gewisse Eingangsdrehzahl erforderlich ist. Hierdurch kann erreicht werden, daß am Drehzahlausgleichsaggregat 13 nicht eine Drehzahl veränderung von Linkslauf auf Rechtslauf notwendig, sondern nur eine Drehrichtung vorhanden ist. Außerdem ist es möglich, die Einrichtung so auszulegen, daß am Drehzahlausgleichsaggregat 13 nur mehr oder weniger gebremst werden muß.By a suitable choice of both the translations in the gearbox 2 and in the differentials 5 and 6 as well as the rotational speed position inference means 8 of the drive can be designed so that on the shaft 19 of the rotational speed superposition device 8 always a certain input rotational speed is required. This can be achieved in that the speed compensation unit 13 does not require a speed change from counterclockwise to clockwise rotation, but only one direction of rotation is present. In addition, it is possible to design the device so that the speed compensation unit 13 only has to be braked more or less.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, im Antriebsstrang 19, 20 eine Kupplung 21 einzubauen, die das Drehzahlausgleichsaggre gat 13 abkoppelt, so daß sich die Welle 19 frei drehen kann. Das entspricht dann dem Öffnen des Antriebsstranges zwischen vorn und hinten. Im dargelegten Beispiel würde dadurch aus dem All radantrieb ein Frontantrieb. Außerdem kann auch vorgesehen wer den, die Welle 19 festzubremsen. Das entspräche einem starren Allradantrieb oder einem gesperrten Differential.According to the invention it is further provided to install a clutch 21 in the drive train 19 , 20 , which decouples the speed compensation unit 13 so that the shaft 19 can rotate freely. This then corresponds to opening the drive train between the front and rear. In the example presented, this would turn the all-wheel drive into a front-wheel drive. In addition, it can also be provided who brakes the shaft 19 . That would correspond to a rigid all-wheel drive or a locked differential.
Es wird vorgeschlagen, die Drehzahlüberlagerungseinrichtung 8 durch geeignete Übersetzungen so auszulegen, daß die über die Welle 19 eingeleitete Überlagerungsdrehzahl wesentlich größer ist als die auszugleichende oder zu überlagernde Drehzahldiffe renz an den Wellen 4 und 9. Durch eine solche Maßnahme werden die Momente an der Welle 19 kleiner. Das hätte den Vorteil, daß die Kupplung 21 oder auch die Vorrichtung zum Festbremsen der Welle 19 sehr klein gehalten werden kann.It is proposed to design the speed superposition device 8 by suitable translations so that the superimposed speed introduced via the shaft 19 is substantially greater than the speed difference to be compensated or superimposed on the shafts 4 and 9 . Such a measure reduces the moments on the shaft 19 . This would have the advantage that the clutch 21 or the device for braking the shaft 19 can be kept very small.
So wie im Beispiel das Mittendifferential durch eine frei steuer- oder regelbare Drehzahlüberlagerungseinrichtung ersetzt wird, können auch die Differentiale zwischen den jeweils rechten und linken Rädern durch entsprechende Drehzahlüberlagerungseinrich tungen ersetzt werden.As in the example, the center differential through a freely controllable or variable speed superposition device is replaced, can also use the differentials between the right and left wheels by appropriate speed superposition device be replaced.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19853535850 DE3535850A1 (en) | 1985-10-08 | 1985-10-08 | Motor vehicle with controllable distribution of drive and brake forces |
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DE19853535850 DE3535850A1 (en) | 1985-10-08 | 1985-10-08 | Motor vehicle with controllable distribution of drive and brake forces |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE3535850A1 true DE3535850A1 (en) | 1987-04-09 |
Family
ID=6283033
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19853535850 Withdrawn DE3535850A1 (en) | 1985-10-08 | 1985-10-08 | Motor vehicle with controllable distribution of drive and brake forces |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3535850A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE19526803A1 (en) * | 1995-07-14 | 1997-01-16 | Ses Minicars Kg | Rotary piston engine load regulating device for motor vehicle - has flexible shaft connection between drive shaft and transmission shaft |
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- 1985-10-08 DE DE19853535850 patent/DE3535850A1/en not_active Withdrawn
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