DE3706459A1 - Kraftuebertragungssystem fuer ein vierrad-getriebenes fahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein System für die Übertragung der Antriebskraft eines Motors auf die vier Räder eines vier­ rad-getriebenen Fahrzeuges.

Bei einem herkömmlichen vierrad-getriebenen Fahrzeug mit einem zentralen Differential, welches ständig wirksam ist, wird durch das zentrale Differential das Drehmoment des Motors gleichmäßig auf die Vorder- und Hinterräder verteilt.

Es ist bekannt, daß das Verhältnis der Drehmoment-Verteilung Einfluß hat auf das Fahrverhalten, Steuerverhalten, das An­ fahren etc. Wenn nämlich die Verteilung auf die Vorderräder zunimmt, wird bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit ein stabiles Kurvenfahrverhalten erhalten; und wenn die Ver­ teilung auf die Hinterräder zunimmt, wird bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit die Steuer- bzw. Lenkbarkeit verbessert. Bei den herkömmlichen vierrad-getriebenen Fahrzeugen kann die Verteilung des Drehmoments auf die Vorder- und Hinterräder nicht verändert werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrun­ de, ein System zu schaffen, bei dem die Verteilung des Drehmoments auf die Vorder- und Hinterräder in Anpassung an die Fahrverhältnisse eines vierrad-getriebenen Fahr­ zeuges verändert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Kraftübertragungssystem ge­ löst, welches eine Planetengetriebe-Anordnung zur Über­ tragung der Motorkraft auf die Vorder- und Hinterräder, eine Drehmomentverteilungs-Einrichtung mit einer Kupp­ lungsanordnung, mittels der die Planetengetriebe-Anord­ nung außer Wirkung bringbar und das auf die Vorder- und Hinterräder übertragene Drehmoment änderbar ist, und eine Steuereinrichtung aufweist, mittels der die Kupp­ lungs-Anordnung steuerbar ist.

Bei einer Ausführungsform ist die Kupplungs-Anordnung eine fluidbetätigte Mehrscheibenkupplung, mittels der zwei Teile der Planetengetriebe-Anordnung miteinander in Eingriff bringbar ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden unter Hinweis auf die nachstehende Beschreibung von in den an­ liegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Vierrad-Kraft­ übertragungssystems in schematischer Darstellung;

Fig. 2 ein Diagramm, welches die Abhängigkeit des Kupp­ lungsmoments sowie des Drehmoments an Vorder- und Hinterrad vom Öldruck zeigt; und

Fig. 3 bis 4 drei weitere Ausführungsformen eines er­ findungsgemäß ausgebildeten Übertragungssystems in schematischer Darstellung.

Fig. 1 zeigt ein Kraftübertragungssystem für ein vierrad- getriebenes Kraftfahrzeug mit Merkmalen nach der Erfin­ dung. Ein Motor 1 ist längsgerichtet in einem Kraftfahr­ zeug angeordnet, und zwar im vorderen Teil desselben, unter Ausbildung einer Achseinheit-Anordnung. Das Kraft­ übertragungssystem ist in einem Getriebegehäuse 46 ange­ ordnet und umfaßt eine Kupplung 2, ein Getriebe 4 und eine Übertragungseinheit 18. Das Getriebe 4 hat eine Eingangswelle 3, eine rohrförmige Ausgangswelle 5, welche sich parallel zur Eingangswelle 3 erstreckt, vier zum Wechsel der Geschwindigkeit bestimmte Zahnradpaare 6 bis 9, die dem ersten bis vierten Gang entsprechen, und Synchronisiereinrichtungen 10 und 11. Die Synchronisier­ einrichtungen 10 und 11 sind zwischen den Zahnradpaaren 6 und 7 einerseits und Zahnradpaaren 8 und 9 anderer­ seits angeordnet. Ein Rückwärtsgang-Zahnrad 12 ist auf der Eingangswelle 3 angeordnet und kämmt zum Zwecke des Zurückfahrens mit einem Zahnrad 13, das an einer Seite einer Hülse der Synchronisiereinrichtung 10 ausgebildet ist, und zwar über ein nicht dargestelltes Leerlauf- bzw. Zwischen-Zahnrad.

Eine vordere Antriebswelle 14 ist in der Ausgangswelle 5 gelagert, und zwar über ein Lager 46 a. Ein Antriebs­ ritzel 15 am vorderen Ende des Welle 14 kämmt mit einem Tellerzahnrad 17 eines vorderen Differentials 16 zur Übertragung der Antriebskraft auf die Vorderräder.

In einer hinter dem Getriebe angeordneten Übertragungs­ einheit 18 ist parallel zur vorderen Antriebswelle 14 eine hintere Antriebswelle 19 angeordnet. Die hintere Antriebswelle 19 ist mit den Hinterrädern verbunden, und zwar über eine Kardanwelle 20 und ein hinteres Differen­ tial 21. Die Welle 19 ist in Lagern 46 c und 46 d gelagert.

Die Übertragungs- bzw. Verteiler-Einheit 18 umfaßt eine Planetengetriebe-Anordnung 30, die als zentrales Diffe­ rential dient. Die Planetengetriebe-Anordnung 30 weist ein Sonnenrad 31, ein Hohlrad 32 mit innen und außen angeordneten Zähnen, Planetenräder 33, die sowohl mit dem Sonnenrad 31 als auch den innen angeordneten Zähnen des Hohlrades 32 kämmen, und einen Planetenradträger 34 auf, an dem die Planetenräder 33 gelagert sind. Der Planeten­ radträger 34 ist mit der Ausgangswelle 5 verbunden. Das Sonnenrad 31 ist mit der vorderen Antriebswelle 14 ge­ koppelt; der äußere Zahnkranz des Hohlrades 32 kämmt mit einem Zahnrad 22, das starr mit der hinteren Antriebs­ welle 19 verbunden ist.

Um die Verteilung des Drehmoments auf die Vorder- und Hinterräder zu steuern, oder um den Differentialmecha­ nismus der Planetengetriebe-Anordnung 30 zu blockieren bzw. zu sperren, ist eine fluidbetriebene Mehrscheiben- Reibkupplung 35 vorgesehen. Die Kupplung 35 weist innere Scheiben 36, die mit dem Hohlrad 32 verbunden sind, und äußere Scheiben 36 a auf, die Teil einer Trommel 37 sind, welche an der vorderen Antriebswelle 14 angeschlossen ist.

Das System zur Steuerung der Drehmoment-Verteilung weist einen Fahrzeug-Geschwindigkeitssensor 40, einen Radein­ schlag-Sensor 41, einen Beschleunigungs-Sensor 45 und eine manuelle Befehlseinrichtung 42 auf, welche ebenso wie die genannten Sensoren jeweils mit einer Steuerein­ heit 43 elektrisch verbunden ist.

Die manuelle Befehlseinrichtung 42 wird betätigt, wenn das Fahrzeug auf einer rauhen Straße, z. B. einer schlammigen Straße, gefahren wird oder wenn das Fahrzeug festsitzt. Es ist ein Schalter 44 vorgesehen zur Öl­ versorgung für die Kupplung 35. Die Steuereinheit 43 wählt eine geeignete Drehmoment-Verteilung gemäß den Fahrbedingungen aus. Das Ausgangssignal der Steuerein­ heit 43 gelangt zum Schalter 44 unter entsprechender Steuerung des Öldrucks in der Kupplung 35.

Die Antriebskraft des Motors 1 wird auf das Getriebe 4 über die Kupplung 2 und die Eingangswelle 3 und weiter auf den Planetenradträger 34 der Planetengetriebe-Anord­ nung 30 in der Verteiler-Einheit 18 übertragen. Das Dreh­ moment wird auf die Vorderräder über das Sonnenrad 31, die vordere Antriebswelle 14 und das vordere Differential 16, und auf die Hinterräder über das Hohlrad 32, Zahnrad 22, hintere Antriebswelle 19, Kardanwelle 20 und das hintere Differential 21 übertragen. Die Differenz zwi­ schen der Geschwindigkeit der vorderen und hinteren Räder wird durch die Abwälzung der Planetenräder auf dem Son­ nenrad und Hohlrad 32 absorbiert. Auf diese Weise arbei­ tet die Planetengetriebe-Anordnung 30 als zentrales Differential. Dementsprechend wird ein Vollzeit-Vierrad­ antrieb mit zentraler Differentialfunktion erhalten.

Wenn das Fahrzeug mit niedriger oder mittlerer Geschwin­ digkeit in eine Kurve fährt, erzeugt die Steuereinheit 43 ein Ausgangssignal dahingehend, daß der Öldruck in der Kupplung 35 Null wird. Die Planetengetriebe-Anordnung 30 wird dann frei. Da das Drehmoment auf die Vorder- und Hinterräder über das Sonnenrad 31 bzw. Hohlrad 32 über­ tragen wird, erfolgt die Verteilung des Drehmoments ent­ sprechend der Differenz zwischen den Übersetzungsverhält­ nissen von Sonnenrad 31 und Hohlrad 32 (der Durchmesser des Hohlrades ist größer als der Durchmesser des Sonnen­ rades). Deshalb ist das Drehmoment T _F an den vorderen Rä­ dern kleiner als das Drehmoment T _R an den hinteren Rädern T _F < T _R ), wodurch die Kurvensteifigkeit des Fahrzeuges verbessert wird.

Wenn das Fahrzeug auf einer rauhen Straße gefahren wird, erzeugt die Steuereinheit 43 ein Sperrsignal derart, daß der Öldruck in der Kupplung 35 maximal wird. Dementspre­ chend wird durch die Kupplung 35 das Sonnenrad 31 mit dem Hohlrad 32 gekoppelt. Die vordere und hintere An­ triebswelle werden dann direkt miteinander verbunden, so daß das Drehmoment T _F etwa gleich ist dem Drehmoment T _R (T _F T _R ).

Der Öldruck in der Kupplung 35 kann von Null bis Maximum variiert werden. Wenn der Druck einen vorbestimmten Wert besitzt, wird ein Kupplungsdrehmoment T erzeugt. Dement­ sprechend ist dann die Verteilung des Drehmoments (T _F + T _C ) : T _F -T _C ). Wie in Fig. 2 dargestellt, wird mit zu­ nehmendem Öldruck das Drehmoment an den hinteren Rädern kleiner, während das Drehmoment an den vorderen Rädern größer wird. Auf diese Weise kann die Drehmomentvertei­ lung linear variiert werden.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen andere Ausführungsformen der Er­ findung. Gleiche Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.

Die Konstruktion des Getriebes ist bei der Ausführungs­ form nach Fig. 3 dieselbe wie bei der ersten Ausführungs­ form mit Ausnahme von einigen Änderungen in der Verteiler­ einheit 18. Die Verteiler-Einheit 18 weist eine Planeten­ getriebe-Anordnung 47 auf, die als zentrales Differential wirkt und eine fluidbetriebene Mehrscheiben-Reibkupplung 52 aufweist. Die Planetengetriebe-Anordnung 47 umfaßt ein Sonnenrad 48, das an der vorderen Antriebswelle 14 starr angeschlossen ist, ein Hohlrad 51, Planetenräder 50 und einen Planetenradträger 49, an dem die Planetenräder 50 gelagert sind. Der Planetenradträger 49 ist mit der Aus­ gangswelle des Getriebes mitdrehend verbunden. Der Pla­ netenradträger 49 ist des weiteren mit den inneren Schei­ ben 54 der Kupplung 52 verbunden. Eine Trommel 53 der Kupplung 52 umfaßt äußere Scheiben 53 a und ist an der vorderen Antriebswelle 14 angeschlossen. Das Hohlrad 51 hat einen äußeren Zahnkranz 55, welcher mit einem Zahn­ rad 56 kämmt, welches starr mit der hinteren Antriebs­ welle 19 verbunden ist.

Ein Steuerventil 58 ist zur Steuerung des Drucks von von einer Ölpumpe 57 geliefertem Öl in Abhängigkeit von einem von einer Steuereinheit 59, welche einen Mikrocomputer umfaßt, stammenden Signal vorgesehen.

Wenn die Steuereinheit 59 ein Signal zum Schließen des Steuerventils 58 erzeugt, wird der auf die Kupplung 52 wirkende Druck Null, wodurch die Kupplung 52 außer Ein­ griff kommt. Das Drehmoment T der Ausgangswelle 5 des Getriebes wird auf die vordere Antriebswelle 14 übertra­ gen, und zwar über den Planetenradträger 49, die Plane­ tenräder 50 und das Sonnenrad 48. Das Drehmoment wird auch auf die hintere Antriebswelle 19 übertragen, und zwar über den Planetenradträger 49, die Planetenräder 50, das Hohlrad 51 und Zahnrad 55. Da der Durchmesser des Sonnenrads 48 kleiner ist als der Durchmesser des Hohl­ rades 51, ist das hintere Drehmoment T _R größer als das vordere Drehmoment T _F (T _F <T _R ). Auf diese Weise werden die Kurvensteifigkeit und das Startverhalten des Fahrzeu­ ges verbessert.

Wenn andererseits die Steuereinheit 49 ein Signal zum Öffnen des Steuerventils 58 liefert, wird die Kupplung 52 mit maximalem Druck beaufschlagt. Dementsprechend sind die Trommel 53 und Scheiben 54 in vollem Eingriff miteinander derart, daß die Planetenräder 50 und das Sonnenrad 48 miteinander blockiert sind. Dann wird das Kupplungsdrehmoment T _C zum vorderen Drehmoment T _F addiert und vom hinteren Drehmoment T _R subtrahiert. Auf diese Weise sind das vordere Drehmoment T _F und das hintere Drehmoment T _R etwa gleich (T _F T _R ).

Wenn das Ventil 58 progressiv geöffnet oder geschlossen wird, kann die Drehmomentverteilung entsprechend variiert werden.

Bei einer dritten Ausführungsform, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, soll das vordere Drehmoment gleich dem oder größer als das hintere Drehmoment sein. Eine Pla­ netengetriebe-Anordnung 60 einer Verteiler-Einheit 18 weist einen Planetenradträger 64, welcher mit der Aus­ gangswelle 5 verbunden ist, Planetenräder 63, die am Pla­ netenradträger 64 gelagert sind, ein Sonnenrad 62 und ein Hohlrad 61 auf, welches starr an der vorderen An­ triebswelle 14 angeschlossen ist. Ein äußerer Zahnkranz 65, der sich über den äußeren Umfang des Hohlrades 61 erstreckt, kämmt mit einem Zahnrad 66, welches denselben Durchmesser aufweist wie der Zahnkranz 65. Das Sonnenrad 62 ist mit einem Zahnrad 67 verbunden, welches mit einem Zahnrad 68 kämmt, das starr an der hinteren Antriebswel­ le 19 angeschlossen ist. Die Durchmesser der Zahnräder 67 und 68 sind gleich groß.

Eine fluidbetriebene Mehrscheiben-Reibkupplung 69 ist zur Verbindung des Zahnrades 66 mit der hinteren Antriebs­ welle 19 vorgesehen.

Die Steuereinheit 59 erzeugt Signale zum Antrieb der Ölpumpe 57 und zur Betätigung des Solenoid-betriebenen Steuerventils 58. Der Öldruck wird auf die Kupplung 69 durch eine Ölleitung übertragen, die in der hinteren An­ triebswelle 19 ausgebildet ist.

Während eines normalen Fahrens des Fahrzeuges erzeugt die Steuereinheit 59 ein Signal zum Schließen des Solenoid-betriebenen Ventils 58. Dementsprechend wird das Drehmoment T der Ausgangswelle 5 auf die vordere An­ triebswelle 14 übertragen, und zwar über den Planetenrad­ träger 64, die Planetenräder 63 und das Hohlrad 61. Das Drehmoment T wird auch auf die hintere Antriebswelle 19 übertragen, und zwar über das Sonnenrad 62 und die Zahn­ räder 67, 68. Da die Kupplung 69 außer Eingriff ist, dreht das Zahnrad 66 frei mit, d. h. ohne Übertragung des Drehmoments auf die hintere Antriebswelle 19. Dement­ sprechend hängt die Verteilung des vorderen Drehmoments T _F und des hinteren Drehmoments T _R von dem Übersetzungs­ verhältnis zwischen dem großen Hohlrad 61 und dem klei­ nen Sonnenrad 62 ab. Deshalb ist das vordere Drehmoment T _F größer als das hintere Drehmoment T _R (T _F <T _R ), wodurch ein stabiles Fahrverhalten des Fahrzeuges erreicht wird.

Wenn das Fahrzeug auf rauhen Straßen gefahren wird, er­ zeugt die Steuereinheit 59 ein Signal derart, daß das Solenoid-betriebene Steuerventil 58 geöffnet wird. Dement­ sprechend wird von der Ölpumpe 57 ein maximaler Druck auf die Kupplung 69 übertragen. Das Drehmoment T wird auf die vordere Antriebswelle in der oben beschriebenen Art übertragen. Da das Zahnrad 66 nunmehr durch die Kupp­ lung 69 mit der hinteren Antriebswelle 19 verbunden ist, wird das Drehmoment T auf die hintere Antriebswelle 19 über das Hohlrad 61, die Zahnräder 65 und 66 und die Kupplung 69 übertragen. Da das Zahnrad 66 und das Hohl­ rad 61 denselben Durchmesser aufweisen, ist das auf die vorderen und hinteren Räder übertragene Drehmoment etwa gleich (T _F T _R ).

Fig. 5 zeigt eine Verteiler-Einheit einer vierten Aus­ führungsform, die ähnlich ausgebildet ist wie die dritte Ausführungsform. Die Ausgangswelle 5 des Getriebes ist mit einem Planetenradträger 75 einer Planetengetriebe- Anordnung 73 verbunden. Die Planetengetriebe-Anordnung 73 weist ein Sonnenrad 74, Planetenräder 76 und ein Hohl­ rad 77 auf, welches an der vorderen Antriebswelle 14 angeschlossen ist. Das Sonnenrad 74 ist mit einem Zahn­ rad 78 verbunden, welches mit einem Zahnrad 79 kämmt, das mit der hinteren Antriebswelle 19 verbunden ist. Der Planetenradträger 75 ist mit einem Zahnrad 80 ver­ bunden, welches denselben Durchmesser wie das Zahnrad 78 aufweist. Das Zahnrad 80 kämmt mit einem Zahnrad 81, welches mit Scheiben 83 einer fluidbetriebenen Mehr­ scheibenreibkupplung 82 verbunden ist. Eine Trommel 84 der Kupplung 82 ist starr an der hinteren Antriebswelle 19 angeschlossen.

Wenn die Steuereinheit 59 ein Außer-Betrieb-Signal an das Steuerventil 58 liefert, wird der Öldruck Null. Während eines solchen Zustandes wird das Drehmoment T der Aus­ gangswelle 5 auf die vordere Antriebswelle 14 übertragen, und zwar über den Planetenradträger 75, die Planetenrä­ der 76 und das Hohlrad 77. Auf der anderen Seite wird das Drehmoment auf die hintere Antriebswelle 19 übertra­ gen, und zwar über die Planetenräder 76, das Sonnenrad 74 und die Zahnräder 78 und 79. Entsprechend dem Über­ setzungsverhältnis zwischen dem Sonnenrad 74 und dem Hohl­ rad 77 ist das vordere Drehmoment T _F größer als das hin­ tere Drehmoment T _R (T _F < T _R ).

Wenn die Steuereinheit 59 eine Öffnung des Steuerventils 58 bewirkt, liegt Öldruck an der Kupplung 82 an. Dement­ sprechend wird die Kupplung 82 wirksam, wodurch das Zahnrad 81 mit der hinteren Antriebswelle 19 verbunden wird. Dann wird das Drehmoment zusätzlich auf die hin­ tere Antriebswelle 19 über den Planetenradträger 75, die Zahnräder 80 und 81 und Kupplung 82 übertragen. Auf die­ se Weise wird das Kupplungsdrehmoment T _C zu dem hinteren Drehmoment T _R hinzuaddiert und von dem vorderen Dreh­ moment T _F subtrahiert. Wenn der Öldruck P erhöht wird, erhöht sich das Kupplungsdrehmoment T _C ; das vordere Dreh­ moment T _F und das hintere Drehmoment T _R nehmen dann etwa denselben Wert an (T _F T _R ).

Die fluidbetriebene Mehrscheiben-Reibkupplung, die in den vorbeschriebenen Ausführungsformen eingesetzt ist, kann durch andere Kupplungen, z. B. eine elektromagneti­ sche Kupplung, ersetzt werden. Statt einer Ölpumpe kann eine pneumatische Pumpe verwendet werden. Die vorliegende Erfindung kann auch bei einem Kraftfahrzeug mit querlie­ gendem Motor verwirklicht werden.

Nach der vorliegenden Erfindung ist ein Drehmomentver­ teilungssystem vorgesehen, mit dem die Verteilung des Drehmoments auf die Vorder- und Hinterräder in Abhängig­ keit von den Fahrbedingungen oder nach Wunsch des Fah­ rers verändert werden kann. Da eine Reibkupplung anstatt einer Klauenkupplung vorgesehen ist, kann eine irreguläre oder sperrende Betätigung verhindert werden. Zusätzlich wird der Drehmomentverlust reduziert.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die vorbe­ schriebenen und der anliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern weitere Aus­ führungsformen sowie Abwandlungen umfaßt, soweit sie in­ nerhalb des beanspruchten Gegenstandes liegen.

Wie bereits oben angedeutet, bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf das Gesamtsystem, bestehend aus der Getriebeanordnung mit der Drehmoment-Verteilereinheit, die über die Kontrolleinheit gesteuert wird, wobei die Kontrolleinheit die Fahrzeuggeschwindigkeit, den Rad­ einschlag und die Beschleunigung als Meßgrößen verar­ beitet. Die Erfindung umfaßt also auch das Verfahren zur Steuerung der Drehmomentverteilung zwischen den Vorder­ und den Hinterrädern, das oben anhand eines Vorrichtungs- Beispieles erläutert wurde.

Claims (3)

1. Ein Kraftübertragungssystem für eine vierrad-getriebenes Fahrzeug, gekennzeichnet durch:

• - eine Planetengetriebe-Anordnung (30; 47; 60; 73) zur Übertragung der Antriebskraft eines Motors (1) auf die Vorder- und Hinterräder;
• - eine Drehmoment-Verteilereinheit (18) mit einer Kupp­ lung (35; 52; 69; 82), mittels der die Planetengetrie­ be-Anordnung außer Betrieb bringbar ist und mittels der das auf die Vorder- und Hinterräder übertragene Dreh­ moment veränder bar ist; und
• - eine Steuereinheit (43; 59) für die Betätigung der Kupplung (35; 52; 69; 82).

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (35; 52; 69; 82) eine fluidbetriebene Mehrscheiben-Kupplung ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Kupplung (35; 52; 69; 82) zwei Teile der Planetengetriebe-Anordnung (30; 47; 60; 73) mit­ einander blockierbar sind.