DE3730653A1

DE3730653A1 - Kraftuebertragungsvorrichtung fuer fahrzeug mit vierradantrieb

Info

Publication number: DE3730653A1
Application number: DE19873730653
Authority: DE
Inventors: Yasuji Shibahata
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1986-09-12
Filing date: 1987-09-11
Publication date: 1988-03-24
Also published as: GB2194928A; GB8721549D0; FR2603847A1; GB2194928B; DE3730653C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftübertragungsvorrichtung zur Verwendung bei einem Fahrzeug mit Vierradantrieb.

Die US-PS 37 60 922 und 46 05 087 beschreiben eine Viskositätsschubkupplung als eine Einrichtung zur Drehmomentübertragung, die in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den Drehgeschwindigkeiten der Eingangs- und Ausgangswellen arbeitet. Wie in Fig. 29 der beiliegenden Zeichnung gezeigt ist, weist die dort angegebene Viskositätsschubkupplung eine äußere Hülse, die mit einer Energiequelle über eine Eingangswelle gekoppelt ist, eine innere Hülse, die mit der Ausgangswelle gekoppelt ist, äußere und innere Platten, die an den äußeren und inneren Hülsen jeweils festgelegt sind und eine hochviskose Flüssigkeit, wie Silikonöl auf, das zwischen den äußeren und inneren Hülsen eingeschlossen ist. Basierend auf der Tatsache, daß der Viskositätsscherwiderstand eines Fluides proportional zur Schubrate ist, wird das Drehmoment von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den Drehgeschwindigkeiten W 1 der Eingangswelle und der Drehgeschwindigkeit W 2 der Ausgangswelle übertragen. Der Zusammenhang zwichen der Geschwindigkeitsdifferenz (W 1 - W 2) der Eingangs- und Ausgangswellen und des übertragenen Drehmoments T ist in allgemeiner Form in Fig. 30 verdeutlicht.

Fig. 21 zeigt beispielsweise den Kraftübertragungsweg eines Fahrzeugs mit ständig arbeitendem Vierradantrieb, bei dem eine solche Viskositätsschubkupplung vorgesehen ist.

Da die Geschwindigkeitsdifferenz bzw. die Drehmomentkennlinienkurve, die in Fig. 30 gezeigt ist, durch die Anzahl und den Durchmesser der äußeren und inneren Platten, der Viskosität des Fluids und anderer Faktoren bestimmt ist, läßt sich die Kennlinie, die man einmal ermittelt hat, nicht leicht verändern. Das Fahrzeug mit Vierradantrieb nach Fig. 31 hat unterschiedliche optimale Geschwindigkeitsdifferenz- bzw. Drehmomentwerte nach Maßgabe von unterschiedlichen Straßenverhältnissen, wie trocken, naß, schneebedeckt und unebenen Straßenverhältnissen. Die tatsächliche Geschwindigkeitsdifferenz bzw. Drehmomentkennlinie stellt jedoch einen Kompromiß dar, da sie sich in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Straßenverhältnissen nicht leicht verändern läßt.

Bei einem Fahrzeug mit Zweiradantrieb dürfen die Hinterräder für die Bremsstabilität nicht blockiert werden, wenn das Fahrzeug gebremst wird. Wenn nämlich die Hinterräder beim Bremsen blockiert werden, würden die Seitenführungskräfte der Hinterräder plötzlich herabgesetzt werden und das Fahrzeug würde untersteuern.

Daher ist es bei üblichen Fahrzeugen erforderlich, an die Vorderräder größere Bremskräfte als jene Bremskräfte anzulegen, die auf die Hinterräder einwirken. Die auf die Vorderräder wirkenden Bremskräfte sollten inbesondere bei Fahrzeugen mit Vorderradantrieb beträchtlich groß sein, bei denen die Belastung auf die Vorderräder größer als die Belastung auf die Hinterräder ist. Bei einer solchen Bremskraftverteilung werden die Hinterräder an einem Blockieren gehindert, wenn die Vorderräder blockiert werden und das Fahrzeug bleibt beim Bremsen stabil.

Fig. 32 zeigt ein Fahrzeug, bei dem die Belastung auf die Vorderräder größer als die Belastung auf die Hinterräder ist. Wenn man annimmt, daß die Belastungen auf die Vorder- und Hinterräder jeweils mit Wf, Wr bezeichnet sind und der Reibungskoeffizient der Straßenfläche mit μ angenommen wird, lassen sich die maximalen Bremskräfte FF, Fr, die an den Vorder- und Hinterrädern sich jeweils erzeugen lassen, ausdrücken durch Ff = μ Wf, Fr = μ Wr. Somit ergibt sich für das Verhältnis der Vorder- und Hinterradbremskräfte (Bf/Br) zum gleichzeitigen Blockieren der Vorder- und Hinterräder gemäß folgendem:

Um die Vorderräder früher als die Hinterräder zu blockieren, muß daher folgender Zusammenhang gegeben sein:

Fig. 33 zeigt ein Fahrzeug mit Vierradantrieb, bei dem die Vorder- und Hinterräder direkt gekoppelt sind. Da die Vorder- und Hinterräder mit der gleichen Drehzahl umlaufen, wird das Schlupfverhältnis (S) jedes Rades auf folgende Weise ausgedrückt:

wobei
V: Straßenflächengeschwindigkeit,
R: Radius des Reifens,
N: Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl des Rades.

Die Schlupfverhältnisse der Vorder- und Hinterräder sind insoweit einander gleich, als die Radien der Reifen bzw. Räder der Vorder- und Hinterräder gleich sind.

Da die Bremskraft B sich ausdrücken läßt durch B ∝ S × W, wobei W die Belastung auf den Reifen ist, erfüllt ein Fahrzeug mit Vierradantrieb, bei dem die Vorder- und Hinterräder direkt miteinander gekoppelt sind, nicht die Bedingung:

sondern es wird immer folgende Gleichung eingehalten:

Dies bedeutet, daß die Hinterräder zum gleichen Zeitpunkt wie die Vorderräder blockiert werden, wodurch das Fahrzeug instabil wird und man nicht die gewünschte Bremsstabilität erreichen kann.

Fig. 34 zeigt in allgemeiner Form ein Fahrzeug mit Zweiradantrieb (d. h. ein Fahrzeug mit Hinterradantrieb). Wenn das Fahrzeug bei niedriger Geschwindigkeit eine Wende durchfährt, sind die Drehgeschwindigkeiten (N 1 bis N 4) der zugeordneten Räder und die Abstände (R 1 bis R 4) zwischen den Rädern und dem Wendekreismittelpunkt auf die folgende Weise zugeordnet:

Während der Fahrt des Fahrzeuges mit niedriger Geschwindigkeit folgen somit die Vorderräder Drehkreisen bzw. Wendekreisen, die größer als jene sind, denen die Hinterräder folgen und die Drehgeschwindigkeiten der Vorderräder sind größer als jene der Hinterräder.

Bei einem Fahrzeug mit Vierradantrieb, bei dem die Vorder- und Hinterräder direkt miteinander gekoppelt sind, wie dies in Fig. 35 gezeigt ist, werden jedoch die Drehgeschwindigkeiten der Vorder- und Hinterräder zwangsläufig einander gleich gemacht, was sich durch folgendes ausdrücken läßt:

Bei der Kurvenfahrt mit niedriger Geschwindigkeit sind somit die Hinterräder Antriebskräften D ausgesetzt, während auf die Vorderräder Bremskräfte B einwirken, wie dies gezeigt ist.

Um zu erreichen, daß das Fahrzeug eine Wende durchführt, ist es daher notwendig, Antriebskräfte aufzubringen, um die Bremskräfte auf die Vorderräder zu überwinden, und zwar zusätzlich zu den Antriebskräften, die erforderlich sind, um das Fahrzeug um die Kurve zu bewegen. Die zusätzlichen Antriebskräfte führen zu einem Leistungsverlust und wenn von der Brennkraftmaschine des Fahrzeuges erzeugte Leistung geringer als der Leistungsverlust ist, kann das Fahrzeug in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges die Wende nicht durchfahren. Diese Erscheinung wird als "enges Kurvenbremsen" bezeichnet, die einen signifikanten Nachteil des Fahrzeugs mit Vierradantrieb darstellt, wenn die Vorder- und Hinterräder direkt miteinander gekoppelt sind.

Die Erfindung zielt hauptsächlich darauf ab, eine Kraftübertragungseinrichtung für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb bereitzustellen, die die Fähigkeit hat, daß sich die Geschwindigkeitsdifferenz bzw. Drehmomentkennlinie des Fahrzeuges leicht um den großen Bereichen unter Ausnutzung der dynamischen Bremsung eines Elektromotors ändern läßt und die verhindert, daß ein unnötig großes Drehmoment und ein unnötig großer Strom erzeugt werden, indem das maximale Drehmoment und der Strom des Motors begrenzt wird, so daß die Leistung des Motors vermindert wird, um den Motor gewichtsmäßig leicht und kompakt zu machen.

Ferner bezweckt die Erfindung, eine Kraftübertragungseinrichtung für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb bereitzustellen, die die Vorder- und Hinterräder von einer Drehzwangsführung oder einer Drehkopplung frei läßt, wenn das Fahrzeug gebremst wird, um hierdurch zu verhindern, daß die Hinterräder blockiert werden, so daß die Bremskräfte sich günstig auf die Räder verteilen können.

Ferner zielt die Erfindung darauf ab, eine Kraftübertragungseinrichtung für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb bereitzustellen, die die Vorder- und Hinterräder von einer Drehzwangsführung oder einer Drehzwangskopplung frei läßt, wenn das Fahrzeug eine Wende bei einer niedrigen Geschwindigkeit durchführt, um hierdurch die Erscheinung des Bremsens in engen Kurven zu eliminieren und zu erreichen, daß das Fahrzeug ruckfrei eine Wende durchfahren kann.

Nach der Erfindung enthält eine Kraftübertragungseinrichtung eine Hauptübertragungseinrichtung zum direkten Übertragen des Drehmoments von einer Antriebseinheit auf die Hauptantriebsräder, eine Hilfsübertragungseinrichtung, die eine Kraftübertragungswelle zum Übertragen des Drehmoments von der Antriebseinheit auf die Hilfsantriebsräder hat, einen Elektromotor, der in der Hilfsübertragungseinrichtung angeordnet ist und einen Rotor sowie einen Stator hat, wobei der Rotor oder der Stator Ausgangsanschlüsse haben und einen Widerstand der mit den Ausgangsanschlüssen verbunden ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Kraftübertragungseinrichtung gemäß einer ersten Ausbildungsform nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm der Geschwindigkeitsdifferenz bzw. Drehmomentkennlinien, die man bei der Kraftübertragungseinrichtung nach Fig. 1 erhält,

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Kraftübertragungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausbildungsform nach der Erfindung,

Fig. 4 ein Diagramm der Geschwindigkeits- bzw. Drehmomentkennlinien, die man bei der Kraftübertragungseinrichtung nach Fig. 3 erhält,

Fig. 5 eine schematische Ansicht einer Kraftübertragungseinrichtung gemäß einer dritten Ausbildungsform nach der Erfindung,

Fig. 6 ein Diagramm der Geschwindigkeits- bzw. Drehmomentkennlinien, die man bei der Kraftübertragungseinrichtung nach Fig. 5 erhält,

Fig. 7 eine schematische Ansicht einer Kraftübertragungseinrichtung gemäß einer vierten Ausbildungsform nach der Erfindung,

Fig. 8 ein Diagramm der Geschwindigkeits- bzw. Drehmomentkennlinien, die man bei einer Kraftübertragungseinrichtung nach Fig. 7 erhält.

Fig. 9 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb, das einen Kraftübertragungsweg gemäß einer fünften Ausbildungsform nach der Erfindung hat,

Fig. 10 ein Diagramm der Geschwindigkeitsdifferenz bzw. Drehmomentkennlinien, die man bei dem Kraftübertragungsweg nach Fig. 9 erhält,

Fig. 11 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb, das einen Kraftübertragungsweg gemäß einer sechsten Ausbildungsform nach der Erfindung hat,

Fig. 12 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb, das einen Kraftübertragungsweg gemäß einer siebten Ausbildungsform nach der Erfindung hat,

Fig. 13 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb, das einen Kraftübertragungsweg gemäß einer achten Ausbildungsform nach der Erfindung hat,

Fig. 14 ein Diagramm der Geschwindigkeitsdifferenzen bzw. Drehmomentkennlinien, die man bei der Kraftübertragungseinrichtung nach Fig. 13 erhält,

Fig. 15 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb, das einen Kraftübertragungsweg gemäß einer neunten Ausbildungsform nach der Erfindung hat,

Fig. 16 eine schematische Ansicht einer Steuereinrichtung fürd die Kraftübertragungseinrichtung nach Fig. 15, die teilweise in Blockform dargestellt ist,

Fig. 17 und 18 Diagramme der Geschwindigkeitsdifferenzen bzw. Drehmomentkennlinien und der Geschwindigkeitsdifferenz- bzw. Leistungskennlinien, die man bei einer Steuerungsform erhält, bei der der Ausgangsstrom von dem Motor auf einem konstanten Pegel gehalten wird, wenn die Drehzahl des Motors größer als ein vorbestimmter Wert ist,

Fig. 19 und 20 Diagramme von Geschwindigkeitsdifferenz- bzw. Drehmomentkennlinien und Geschwindigkeitsdifferenz- bzw. Leistungskennlinien, die man bei einer Steuerungsart erhält, bei der der Ausgangsstrom von dem Motor proportional zu dem Reziprokwert der Drehzahl des Motors ist,

Fig. 21 eine schematische Ansicht einer Steuereinrichtung für eine Kraftübertragungseinrichtung gemäß einer zehnten Ausbildungsform nach der Erfindung, die teilweise in Blockform dargestellt ist,

Fig. 22 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb, das einen Kraftübertragungsweg gemäß einer elften Ausbildungsform nach der Erfindung hat,

Fig. 23 eine schematische Ansicht einer Steuereinrichtung für die Kraftübertragungseinrichtung nach Fig. 22, die teilweise in Blockform dargestellt ist,

Fig. 24 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb, das einen Kraftübertragungsweg gemäß einer zwölften Ausbildungsform nach der Erfindung hat,

Fig. 25 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb, das einen Kraftübertragungsweg gemäß einer dreizehnten Ausbildungsform nach der Erfindung hat,

Fig. 26 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb, das einen Kraftübertragungsweg gemäß einer vierzehnten Ausbildungsform nach der Erfindung hat,

Fig. 27 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb, das einen Kraftübertragungsweg gemäß einer fünfzehnten Ausbildungsform nach der Erfindung hat,

Fig. 28 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb, das einen Kraftübertragungsweg gemäß einer sechzehnten Ausbildungsform nach der Erfindung hat,

Fig. 29 eine schematische Ansicht einer Kraftübertragungseinrichtung, die eine Viskositätsschubkupplung enthält,

Fig. 30 ein Diagramm der Geschwindigkeitsdifferenz bzw. Drehmomentkennlinie, die man bei der Kraftübertragungseinrichtung nach Fig. 29 erhält,

Fig. 31 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb, das einen Kraftübertragungsweg mit einer Viskositätsschubkupplung enthält.

Fig. 32 eine Seitenansicht eines Fahrzeuges zur Verdeutlichung einer Verteilung der Bremskräfte,

Fig. 33 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung des Kraftübertragungsweges eines Fahrzeuges mit Vierradantrieb, das Vorder- und Hinterräder hat, die direkt miteinander gekoppelt sind,

Fig. 34 eine Ansicht zur Verdeutlichung der Art und Weise, wie ein Fahrzeug mit Zweiradantrieb eine Wende durchfährt, und

Fig. 35 eine Ansicht zur Verdeutlichung der Art und Weise, wie ein Fahrzeug mit Zweiradantrieb eine Wende durchfährt, bei der die Vorder- und Hinterräder direkt gekoppelt sind.

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche oder ähnliche Teile mit den gleichen oder entsprechenden Bezugszeichen versehen.

Vor der Beschreibung von bevorzugten Ausbildungsformen von Fahrzeugen mit Vierradantrieb sollen die Grundkonzepte und Prinzipien der Erfindung zuerst unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 8 zum besseren Verständnis der Erfindung erläutert werden.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Kraftübertragungseinrichtung gemäß einer ersten Ausbildungsform nach der Erfindung. Ein Elektromotor 1 hat einen Rotor 2 und einen Stator 3, der als ein Gehäuse dient, in dem der Rotor 2 aufgenommen ist und das mit einer Antriebsquelle verbunden ist. Der Rotor 2 hat Ausgangsanschlüsse 4, die elektrisch mit einem Widerstand 5 verbunden sind.

Der Stator 3 dient als eine Eingangswelle und der Rotor 2 als eine Ausgangswelle. Beim Arbeiten bewirkt der Elektromotor 1 eine dynamische Bremsung oder eine Nutzbremsung in Abhängigkeit von dem Belastungswiderstand R des Widerstands 5. Das Ausgangsdrehmoment T des Motors 1 wird proportional zu der Geschwindigkeitsdifferenz (W 1 - W 2) zwischen den Eingangs- und Ausgangswellen und auch reziprok zum Belastungswiderstand R erzeugt.

Da sich der Belastungswiderstand R von 0 bis unendlich ändern kann, kann sich das Ausgangsdrehmoment T des Motors 1 von dem maximalen Drehmoment im wesentlichen bis auf 0 ändern.

Fig. 3 zeigt eine Kraftübertragungseinrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung. Die Kraftübertragungseinrichtung der zweiten Ausbildungsform umfaßt ein Differential 11, das ein Seitenabtriebsrad 12 hat, das mit einer Kraftquelle verbunden ist und ein gegenüberliegendes Seitenabtriebsrad 13 hat, das mit dem Rotor 2 eines Elektromotors 1 gekoppelt ist. Der Stator 3 des Motors 1 ist fest mit einem Fahrzeugkörper B gekoppelt und elektrisch mit einem Widerstand 5 verbunden. Das Differential 11 hat auch ein Hohlrad 15, das Zahnräder 14 trägt, die mit den Seitenabtriebsrädern 12, 13 kämmen, und das Hohlrad 15 kämmt mit einem Zahnrad 16. Das Hohlrad 15 und das Zahnrad 16 haben jeweils zugeordnete Zähnezahlen N 1, N 2.

Wenn das Seitenabtriebsrad 13 gebremst wird, so entsteht eine Differenz zwischen den Drehgeschwindigkeiten der Seitenabtriebsräder 12, 13 und es bewirkt, daß das Hohlrad 15 und somit das Zahnrad 16 durch die Zahnräder 14 gedreht werden. Das Abtriebsmoment (T 2 = 2 · (N 2/N 1) · TM) des Zahnrads 16 wird proportional zur Drehgeschwindigkeit (WM = 2 · (N 2/N 1) · W 2 - W 1) des Seitenabtriebsrades 13 und dem Belastungswiderstand R erzeugt, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist.

Der Stator 3 ist somit festgelegt und das Abtriebsdrehmoment kann durch das Motordrehmoment gesteuert werden, das kleiner als das Drehmoment der Antriebseinheit ist.

Fig. 5 zeigt eine dritte Ausbildungsform nach der Erfindung. Ein Differential 21 hat ein Hohlrad 22, das zwei Zahnräder 23 trägt, die mit zwei gegenüberliegenden Seitenrädern 24, 25 jeweils kämmen. Das Seitenabtriebsrad 24 ist mit dem Rotor 2 eines Elektromotors 1 verbunden, der Stator 3 desselben ist an der Fahrzeugkarosserie B festgelegt und elektrisch mit einem Widerstand 5 verbunden. Das Hohlrad 22 wird in kämmenden Eingriff mit einem Zahnrad 20 gehalten, das mit der Antriebseinheit gekoppelt ist.

Beim Bremsen des Seitenabtriebsrades 24, das mit dem Motor 1 gekoppelt ist, entsteht eine Differenz zwischen den Drehgeschwindigkeiten der Seitenabtriebsräder 24, 25, die bewirkt, daß die Zahnräder 23 das Seitenabtriebsrad 25 drehen. Das Abtriebsdrehmoment (T 2 = - TM) des Seitenabtriebsrades 25 wird proportional zur Drehgeschwindigkeit (WM = 2 · (N 2/N 1) · W 1 + W 2) des Seitenabtriebsrads 4 und zum Belastungswiderstand R erzeugt, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist.

Gemäß einer vierten Ausbildungsform nach der Erfindung, die in Fig. 7 gezeigt ist, hat ein Differential 31 zwei gegenüberliegende Seitenabtriebsräder 32, 33, wobei das Seitenabtriebsrad 32 mit einer Antriebseinheit gekoppelt ist. Ein Hohlrad 35 trägt Zahnräder 34, die in kämmenden Eingriff mit den Seitenabtriebsrädern 32, 33 und zwischen diesen angeordnet sind. Das Hohlrad 35 ist in kämmenden Eingriff mit einem Zahnrad 36 gehalten, das mit dem Rotor 2 eines Elektromotors 1 verbunden ist. Der Stator 3 des Motors 1 ist an einer Fahrzeugkarosserie B festgelegt und elektrisch mit einem Widerstand 5 verbunden.

Wenn das mit dem Motor 1 gekoppelte Zahnrad 36 gebremst wird, entsteht eine Differenz zwischen den Drehgeschwindigkeiten der Seitenabtriebsräder 32, 33, die bewirkt, daß die Zahnräder 34 eine Drehenergie auf das Seitenabtriebsrad 33 übertragen. Das Abtriebsdrehmoment (T 2 = (1/2) · (N 2/N/ 1) · TM) des Seitenabtriebsrades 33 wird proportional zur Drehgeschwindigkeit (WM = (W 1 + W 2)/2 · N 1/N 2) des Seitenabtriebsrades 3 und des Belastungswiderstandes R erzeugt, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist.

Obgleich das in den jeweiligen Fig. 3, 5, 7 gezeigte Differential Kegelräder aufweist, kann auch eine Planetengetriebeeinrichtung vorgesehen sein.

Nachstehend werden verschiedene bevorzugte Ausbildungsformen näher beschrieben, bei denen die erfindungsgemäßen Grundprinzipien bei Fahrzeugen mit Vierradantrieb verwirklicht sind.

Fig. 9 zeigt eine fünfte Ausbildungsform, bei der die erste Ausbildungsform nach Fig. 1 mit einem Fahrzeug mit Vierradantrieb kombiniert ist. Das Fahrzeug mit Vierradantrieb hat eine Antriebseinheit 41, die eine Brennkraftmaschine und ein Getriebe aufweist, eine Gelenkwelle 42, die mit der Antriebseinheit 41 gekoppelt ist, ein vorderes Differential 43, das mit der Antriebseinheit 41 gekoppelt ist, zwei Vorderräder oder Hauptantriebsräder 44, die mit dem vorderen Differential 43 über Antriebsachsen 45 verbunden sind, ein hinteres Differential 46 und zwei Hinterräder oder Hilfsantriebsräder 47, die über Antriebsachsen 48 mit dem hinteren Differential 46 verbunden sind. Die Gelenkwelle 42 ist in ein Eingangswellenteil und ein Ausgangswellenteil unterteilt. Das Eingangswellenteil ist mit dem Stator 3 eines Motors 1 und das Ausgangswellenteil mit dem Rotor 2 desselben verbunden, wobei die Ausgangsanschlüsse 4 elektrisch mit einem Regelwiderstand 6 verbunden sind.

Das Antriebsdrehmoment T zum Treiben der Hinterräder 47 ist in Fig. 10 verdeutlicht. Die Moment- bzw. Geschwindigkeitsdifferenzlinie läßt sich leicht dadurch variieren, daß man den Belastungswiderstand R des Regelwiderstandes 6 verstellt.

Fig. 11 zeigt eine sechste Ausbildungsform, bei der die vierte Ausbildungsform nach Fig. 7 mit einem Fahrzeug mit Vierradantrieb kombiniert ist. Das Drehmoment einer Antriebseinheit 41 wird über Zahnräder 51, 52 auf eine Gelenkwelle 42 übertragen, die in ein Eingangswellenteil und ein Ausgangswellenteil mit einem dazwischen angeordneten zentralen Differential 31 unterteilt ist. Ein Seitenabtriebsrad 32 des zentralen Differential 31 unterteilt ist. Ein Seitenabtriebsrad 32 des zentralen Differentials 31 ist mit dem Eingangswellenteil verbunden und ein Seitenabtriebsrad 33 desselben ist mit dem Ausgangswellenteil verbunden. Ein Zahnrad 36, das mit einem Hohlrad 35 kämmt, das die Zahnräder 34 trägt, ist mit dem Rotor 2 eines Motors 1 verbunden. Der Stator 3 des Motors 1 ist an einer Fahrzeugkarosserie festgelegt und elektrisch mit einem Regelwiderstand 6 verbunden.

Fig. 12 zeigt eine siebte Ausbildungsform, bei der kein hinteres Differential vorgesehen ist. Elektromotore 1 sind mit Antriebsachsen 48 jeweils gekoppelt, die mit den Hinterrädern oder Hilfsantriebsrädern 47 verbunden sind. Insbesondere haben die Motore 1 Rotoren 2, die mit den Antriebsachsen 48 jeweils verbunden sind, und Statoren 3, die miteinander verbunden sind. Ein Zahnrad 53 ist festgelegt und erstreckt sich um die verbundenen Statoren 3 und es ist im kämmenden Eingriff mit einem Zahnrad 54, das senkrecht zum Zahnrad 53 liegt und mit dem hinteren Ende einer Gelenkwelle 42 verbunden ist, die betriebsmäßig mit einer Antriebseinheit 41 über kämmende Zahnräder 51, 52 verbunden ist.

Bei der in Fig. 12 gezeigten Ausführungsform ist kein hinteres Differential vorgesehen und es ist eine Differentialsperreinrichtung vorgesehen.

Gemäß einer achten Ausbildungsform, die in Fig. 13 gezeigt ist, haben zwei Vorderräder 44 und zwei Hinterräder 47 Reifen mit Radien R 1, R 2, R 3, R 4 jeweils und die vorderen und hinteren Differentiale 43, 46 haben jeweils Übersetzungsverhältnisse N 1, N 2, wobei diese Reifenradien R 1, R 2, R 3, R 4 und die Übersetzungsverhältnisse N 1, N 2 im folgenden Zusammenhang stehen: (R 1 + R 2) × 1/N 1 < (R 3 + R 4) × 1/N 2. Bei einer solchen Zuordnung wird eine Geschwindigkeitsdifferenz (W 1 - W 2) durch den Motor 1 selbst dann erzeugt, wenn das Fahrzeug unter keiner Belastung gerade läuft.

Wie in Fig. 14 gezeigt ist, erzeugt die Anordnung nach Fig. 13 eine Versetzung der Drehmoment- bzw. Geschwindigkeitsdifferenzkennlinien von dem Ursprung der Geschwindigkeitsdifferenzachse, so daß selbst dann, wenn keine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den Vorder- und Hinterrädern vorhanden ist, eine Antriebskraft auf die Hinterräder 47 dadurch erzeugt werden kann, daß der Belastungswiderstand R des Motors 1 verstellt wird.

Die vorstehend genannten Grundprinzipien können auch auf andere Ausbildungsformen übertragen werden und sie lassen sich auch mit den zweiten und dritten bevorzugten Ausbildungsformen verwirklichen. Ein Regelwiderstand kann bei jeder der siebten und achten Ausbildungsformen verwendet werden.

Fig. 15 zeigt einen Kraftübertragungsweg eines Fahrzeugs mit einem Vierradantrieb gemäß einer neunten Ausbildungsform nach der Erfindung. Das Fahrzeug mit Vierradantrieb hat eine Antriebseinheit 101, die eine Brennkraftmaschine und ein Getriebe aufweist, eine Gelenkwelle 102, die mit der Antriebseinheit 101 gekoppelt ist, ein vorderes Differential 103, das mit der Antriebseinheit 101 gekoppelt ist, zwei Vorderräder oder Hauptantriebsräder 104, die mit dem vorderen Differential 103 über Antriebsachsen 105 verbunden sind, ein hinteres Differential 106 und zwei Hinterräder oder Hilfsantriebsräder 107, die mit dem hinteren Differential 106 über Antriebsachsen 108 verbunden sind. Die Gelenkwelle 102 ist in einem Eingangswellenteil und einem Ausgangswellenteil unterteilt, zwischen denen ein Elektromotor 111 vorgesehen ist. Wie in den Fig. 15 und 16 gezeigt ist, hat der Motor 111 einen Rotor 112 und einen Stator 113, der als ein Gehäuse dient, in dem der Rotor 112 angeordnet ist. Der Rotor 112 hat Ausgangsanschlüsse 114, die elektrisch mit einem Widerstand 115 (Fig. 16) verbunden sind. Der Stator 113 ist mit dem Eingangswellenteil der Gelenkwelle 102 verbunden, die mit der Antriebseinheit 101 verbunden ist und das Abtriebswellenteil der Gelenkwelle 102 ist mit dem Rotor 112 und dem hinteren Differential 106 verbunden. Der Stator 113 dient als eine Eingangswelle des Motors 111 und der Rotor 112 als eine Ausgangswelle desselben. Der Motor 111 bewirkt eine dynamische Bremsung und erzeugt ein Abtriebsdrehmoment T, das im allgemeinen proportional zur Geschwindigkeitsdifferenz (W 1 - W 2) zwischen den Eingangs- und Ausgangswellen des Motors 111 liegt.

Der Motor 111 wird durch eine Steuereinheit 121 gesteuert, die nach Fig. 16 ein Mikroprozessor 122, ein Digital/Analog- Wandler 126, eine konstantstromgeregelte Spannung 127, die einen Verstärker 128, einen Feldeffekttransistor 129 und den Widerstand 115 enthält, und einen Differentialverstärker 116 aufweist, um eine Spannung v 1 zwischen den Ausgangsanschlüssen des Motors 111 zu verstärken. Der Mikroprozessor 122 hat ein ROM 123, eine zentrale Verarbeitungseinheit CPU 124, eine Eingangs/Ausgangsschaltung 125 und weitere Teile. Die Anschlußspannung v 1 liegt von dem Differentialverstärker 116 über die Eingangs/Ausgangsschaltung 125 am Mikroprozessor 122 an.

Die Eingangsspannung v 1 des Motors 111 ist im wesentlichen proportional zur Geschwindigkeitsdifferenz (W 1 - W 2) zwischen den Eingangs- und Ausgangswellen des Motors 111.

Die konstantstrom-geregelte Schaltung 127 spricht auf eine Steuerspannung v 2 an, die von dem Mikroprozessor 122 über den Digital/Analog-Wandler 126 zur Steuerung des Abgabestroms i des Motors 111 anliegt. Steuerspannungen v 2 werden als eine Tabelle im ROM 123 gespeichert. Auf eine Steuerspannung v 2 wird durch ein Signal zugegriffen, das der Anschlußspannung v 1 entspricht und an die konstantstrom-geregelte Schaltung 127 abgegeben wird. Die Steuerspannung v 2 ist derart eingerichtet, daß die konstantstrom-geregelte Schaltung 127 den Ausgangsstrom i bei i = v 1/R konstant hält, bis die Anschlußspannung v 1 eine Spannung v 0 erreicht, die der Geschwindigkeitsdifferenz W 0 zu dem Zeitpunkt entspricht, bei dem das Abtriebsdrehmoment T des Motors 111 in unerwünschter Weise groß wird und die konstantstrom-geregelte Schaltung 127 limitiert und Abgabestrom i auf i = v 0/R, wenn die Anschlußspannung v 1 größer als die Spannung v 0 ist.

Da das Abtriebsdrehmoment T des Motors 111 proportional zum Abgabestrom i und der Steuerspannung v 2 ist, erhält man eine Abtriebsdrehmoment- bzw. Geschwindigkeitsdifferenzkennlinie, die in Fig. 17 gezeigt ist. Die Leistung P, die vom Motor 111 erzeugt wird, ist durch P = T × (W 1 - W 2) gegeben und sie hat einen charakteristischen Verlauf, der in Fig. 18 gezeigt ist.

Wenn v 1 < v 0 ist, ist das Abgabedrehmoment T proportional zur Anschlußspannung v 1 und die Motorleistung P ist proportional zu dem Quadrat der Anschlußspannung v 1. Wenn v 1 ≧ v 0 ist, wird das Abtriebsdrehmoment T auf einem konstanten Wert gehalten und die Leistung P ist proportional zur Anschlußspannung v 1. Mit k 1, k 0 sind in den Fig. 17 und 18 Konstanten bezeichnet.

Wenn gemäß der vorangehenden Steuerung v 1 ≧ v 0 ist, ist das Abtriebsdrehmoment t konstant, so daß hinsichtlich der mechanischen Festigkeit Beschränkungen vorhanden sind, aber der Motor 111 kann überhitzt werden, da die Leistung P proportional zur Geschwindigkeitsdifferenz ansteigt. Wenn bei Geschwindigkeitsdifferenzen von größer als v 0 kein Drehmoment notwendig ist, kann der Strom i proportional zum Reziproken der Drehgeschwindigkeit in einem Geschwindigkeitsbereich von größer als v 0 gesteuert werden, wie dies in Fig. 19 gezeigt ist, so daß die Leistung P auf einem konstanten Wert gehalten werden kann, wie dies in Fig. 20 gezeigt ist.

Fig. 21 zeigt eine zehnte Ausbildungsform, die sich mit einer Modifikation der Steuereinheit 121 nach Fig. 16 befaßt. Bei der neunten Ausbildungsform ist kein Differentialverstärker vorgesehen, sondern die Drehzahlen der Eingangs- und Ausgangswellen des Motors 111 werden mit Hilfe von Geschwindigkeitsdetektoren 117, 118 jeweils detektiert, um eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den Eingangs- und Ausgangswellen zu detektieren. Die Art und Weise, mit der der Motor 111 gesteuert wird, ist die gleiche wie jene, die vorangehend im Zusammenhang mit der neunten Ausbildungsform erläutert worden ist.

Die speziellen Auslegungsformen des Kraftübertragungsweges des Fahrzeuges mit Vierradantrieb und jener der Eingangs- und Ausgangswellen des Motors sind nicht auf die dargestellten Ausbildungsformen beschränkt.

Wie vorstehend beschrieben worden ist, ist die Steuereinheit vorgesehen, um den Abgabestrom des Motors unterhalb eines vorbestimmten Pegels zu limitieren, wenn die Drehgeschwindigkeit größer als eine vorbestimmte Geschwindigkeit ist. Daher wird die Erzeugung eines unnötig großen Drehmomentes verhindert und der Motor kann eine kleine Leistung haben sowie gewichtsmäßig leicht und kompakt ausgelegt sein.

Fig. 22 zeigt den Kraftübertragungsweg eines Fahrzeuges mit Vierradantrieb gemäß einer elften Ausbildungsform nach der Erfindung. Das Fahrzeug mit Vierradantrieb hat eine Antriebseinheit 201, die eine Brennkraftmaschine und ein Getriebe aufweist, eine Gelenkwelle 202, die mit der Antriebseinheit 201 gekoppelt ist, ein vorderes Differential 203, das mit der Antriebseinheit 201 gekoppelt ist, zwei Vorderräder oder Hauptantriebsräder 204, die mit dem vorderen Differential 203 über Antriebsachsen 205 verbunden sind, ein hinteres Differential 206 und zwei Hinterräder oder Hilfsantriebsräder 207, die mit dem hinteren Differential 206 über Antriebsachsen 208 verbunden sind. Die Gelenkwelle 202 ist in ein Eingangswellenteil und ein Ausgangswellenteil unterteilt, zwischen denen ein Elektromotor 211 vorgesehen ist. Der Motor 211 hat einen Rotor 212 und einen Stator 213, der als ein Gehäuse dient, in dem der Rotor 212 angeordnet ist. Der Rotor 212 hat Ausgangsanschlüsse 214, die elektrisch mit einem Widerstand 215 verbunden sind. Der Stator 213 ist mit dem Eingangswellenteil der Gelenkwelle 202 verbunden, die mit der Antriebseinheit 201 verbunden ist und das Abtriebswellenteil der Gelenkwelle 202 ist mit dem Rotor 212 und dem hinteren Differential 206 verbunden. Der Stator 213 dient als eine Eingangswelle des Motors 211 und der Rotor 212 als eine Ausgangswelle. Der Motor 211 bewirkt eine dynamische Bremsung in Abhängigkeit von dem Belastungswiderstand R des Widerstands 215 und er erzeugt ein Abtriebsdrehmoment T, das im allgemeinen proportional zur Geschwindigkeitsdiffererenz (W 1 - W 2) zwischen den Eingangs- und Ausgangswellen des Motors 211 ist.

Ein Bremspedalschalter 216 ist in Reihe mit dem Widerstand 215 gesschaltet. Der Bremspedalschalter 216 und der Widerstand 215 bilden in Verbindung miteinander eine Steuereinheit 221. Der Bremspedalschalter 216 hat einen beweglichen Kontakt 216 a, der betriebsmäßig mit einem Bremspedal 217 gekoppelt ist. Der Bremspedalschalter 216 ist im Grundzustand ausgeschaltet oder geschlossen. Wenn das Bremspedal 217 wieder vom Fahrer niedergedrückt wird, bewegt sich der bewegliche Kontakt 216 a aus dem Kontaktzustand mit einem festen Kontakt 216 b heraus, um den Bremspedalschalter 216 auszuschalten.

Wenn das Fahrzeug unter normalen Bedingungen fährt, bleibt der Bremspedalschalter 216 eingeschaltet, um zu ermöglichen, daß der Motor 211 eine dynamische Bremsung vornehmen kann. Wenn der Fahrer das Bremspedal 217 zum Bremsen des Fahrzeuges niederdrückt, wird der Bremspedalschalter 216 ausgeschaltet, um den Ausgangsstrom i des Motors 211 aufzuheben, so daß der Motor 211 seine dynamische Bremsung stoppt. Somit werden die Vorderräder 204 und die Hinterräder 207 von einer Drehzwangsführung oder einer Drehkupplung freigelassen und die Hinterräder 207 können sich frei drehen. Auf diese Weise läßt sich eine optimale Verteilung der Bremskräfte auf die Vorder- und Hinterräder auf der Basis des folgenden Zusammenhangs erreichen:

Die Steuereinheit 221, die einen Mikroprozessor enthält, wird nachstehend näher unter Bezugnahme auf Fig. 23 erläutert. Die Steuereinheit 221 weist einen Mikroprozessor 222, einen Digital/Analog-Wandler 226, eine konstantstrom-geregelte Schaltung 227, die einen Verstärker 228, einen Feldeffekttransistor 229 und den Widerstand 215 enthält, einen Differenzverstärker 218 zum Verstärken einer Spannung v 1 zwischen den Ausgangsanschlüssen 214 des Motors 211 und dem Bremsschalter 219 auf. Der Mikroprozessor 222 hat ein ROM 223, eine zentrale Verarbeitungseinheit CPU 224, eine Eingangs/Ausgangsschaltung 225 und weitere Teile. Die Anschlußspannung v 1 liegt von dem Differentialverstärker 218 über die Eingangs/Ausgangsschaltung 225 am Mikroprozessor 222 an. Der Bremsschalter 219 wird durch Detektieren des Druckes eines Bremsfluids betätigt. Der Bremsschalter 219 bleibt im Normalfall eingeschaltet und er wird beim Bremsen ausgeschaltet. Ein Signal, das den EIN/ AUS-Zustand des Bremsschalters 219 anzeigt, liegt ebenfalls am Mikroprozessor 222 an.

Die konstantstrom-geregelte Schaltung 227 steuert den Ausgangsstrom i des Motors 211, der durch den Widerstand 215 in Abhängigkeit von einer Steuerspannung v 2 fließt, die vom Mikroprozessor 222 über den Digital/Analog-Wandler 226 ausgegeben wird. Auf die Steuerspannung v 2 wird mit Hilfe eines Signales zugegriffen, das der Anschlußspannung v 1 entspricht und das an der konstantstrom-geregelten Schaltung 227 anliegt. Die Steuerspannung v 2 wird derart gewählt, daß, wenn der Bremsschalter 219 eingeschaltet ist, der Ausgangsstrom i auf i = vi/R konstant gehalten wird und wenn der Bremsschalter 219 ausgeschaltet ist, der Ausgangsstrom i auf einen Wert von Null oder nahezu Null begrenzt wird.

Der auf das Bremsen ansprechende Schalter wird durch einen Beschleunigungsschalter zum Detektieren der Beschleunigung G des Fahrzeuges in Längsrichtung desselben ersetzt werden, so daß der Motorstrom nach Maßgabe der Fahrzeugbeschleunigung G gesteuert werden kann.

Wie vorstehend beschrieben worden ist, ist die Steuereinheit vorgesehen, um den Ausgangsstrom des Motors auf einen Wert von im wesentlichen Null zu begrenzen, wenn das Fahrzeug abgebremst wird. Wenn daher das Fahrzeug abgebremst wird, werden die Vorder- und Hinterräder von einer Drehzwangsführung oder einer Drehblockierung freigelassen, um eine optimale Verteilung der Bremskräfte auf die Vorder- und Hinterräder zu erreichen.

Fig. 24 zeigt einen Kraftübertragungsweg eines Fahrzeuges mit Vierradantrieb gemäß einer zwölften Ausbildungsform nach der Erfindung. Das Fahrzeug mit Vierradantrieb hat eine Antriebseinheit 301, die eine Brennkraftmaschine und ein Getriebe aufweist, eine Gelenkwelle 302, die mit der Antriebseinheit 301 gekoppelt ist, ein vorderes Differential 303, das mit der Antriebseinheit 301 gekoppelt ist, zwei Vorderräder oder Hauptantriebsräder 304, die mit dem Differential 303 über Antriebsachsen 305 verbunden sind, ein hinteres Differential 306 und zwei Hinterräder oder Hilfsantriebsräder 307 auf, die mit dem hinteren Differential 306 durch Antriebsachsen 308 verbunden sind. Die Gelenkwelle 302 ist in ein Eingangswellenteil und ein Ausgangswellenteil unterteilt, zwischen denen ein Elektromotor 311 vorgesehen ist. Der Motor 311 hat einen Rotor 312 und einen Stator 313, der als ein Gehäuse dient, in dem der Rotor 312 angeordnet ist. Der Rotor 312 hat Ausgangsanschlüsse 314, die elektrisch mit einem Widerstand 315 verbunden sind. Der Stator 313 ist mit dem Eingangswellenteil der Gelenkwelle 302 verbunden, die mit der Antriebseinheit 301 verbunden ist, und das Antriebswellenteil der Gelenkwelle 302 ist mit dem Rotor 312 und dem hinteren Differential 306 verbunden. Der Stator 313 dient als Eingangswelle des Motors 311 und der Rotor 312 als Ausgangswelle desselben. Der Motor 311 bewirkt eine dynamische Bremsung in Abhängigkeit von dem Belastungswiderstand R des Widerstands 315 und erzeugt ein Abtriebsdrehmoment T, das im allgemeinen proportional zur Geschwindigkeitsdifferenz (W 1 - W 2) zwischen den Eingangs- und Ausgangswellen des Motors 311 ist.

Eine Diode 316 ist in Reihe mit dem Widerstand 315 geschaltet. Die Diode 316 und der Widerstand 315 bilden in Verbindung miteinander eine Steuereinheit 321. Die Diode 316 dient zur Unterbrechung eines Gegenstroms, der im Motor 311 erzeugt wird, wenn die Drehzahl der Hinterräder 307 die Drehzahl der Vorderräder 304 überschreitet.

Bremskräfte, die auf die Vorderräder 304 einwirken, werden derart gewählt, daß sie größer als jene sind, die auf die Hinterräder 307 einwirken.

Während das Fahrzeug unter normalen Verhältnissen fährt, ermöglicht die Diode 316, daß ein Strom i in eine Vorwärtsrichtung fließt und somit der Motor 311 eine dynamische Bremsung bewirkt. Wenn das Fahrzeug gebremst wird, wird die Drehgeschwindigkeit der Hinterräder 307 größer als jene der Vorderräder 304, was auf die vorbestimmte gewählte Bremskraftverteilung zurückzuführen ist. Zu dem Zeitpunkt, wenn die Vorderräder 304 blockiert werden, wird ein vom Motor 311 erzeugter Gegenstrom durch die Diode 316 unterbrochen und es wird kein Abgabestrom am Motor 311 erzeugt. Somit bewirkt der Motor 311 keine dynamische Bremsung und die Vorder- und Hinterräder 304, 307 werden von einer Drehzwangsführung oder einer Drehkopplung befreit. Da die Hinterräder 307 sich frei drehen können, ist ein Blockieren derselben verhindert, da eine optimale Verteilung der Bremskräfte, basierend auf dem folgenden Zusammenhang, verwirklicht ist:

Die vorstehend beschriebene Steuerweise kann mit Hilfe eines Mikroprozessors durchgeführt werden. Bei einer mikroprozessorgestützten Steuerung wird die Steuerspannung v 2 in der Schaltung nach Fig. 16 im voraus so gewählt, daß, wenn die Anschlußspannung v 1 des Motors positiv ist, der Abgabestrom i auf i = v 1/R gehalten wird und wenn die Anschlußspannung v 1 negativ ist, der Ausgangsstrom i auf Null oder einen Wert von nahezu Null begrenzt wird.

Alternativ kann der Differentialverstärker 116 nach Fig. 16 durch Geschwindigkeitsdetektoren 117, 118 (Fig. 21) zum Detektieren der Drehgeschwindigkeit der Eingangs- und Ausgangswellen des Motors 111 ersetzt werden, um eine Geschwindigkeitsdifferenz zum Bewirken der vorstehend genannten Steuerungsweise zu bestimmen.

Bei der Steuerungsauslegung nach Fig. 24 werden keine Antriebskräfte auf die Hinterräder 307 zur Einwirkung gebracht, wenn das Fahrzeug sich rückwärts bewegt. Eine Lösung dieser Problematik wird in einem dreizehnten Ausführungsbeispiel erläutert, die in Fig. 25 verdeutlicht ist, bei der ein Umschalter 331 mit der Diode 316 stromauf von dieser verbunden ist und der einen beweglichen Kontakt 331 a hat, der mit einem festen Kontakt 331 b verbunden werden kann, der mit der Diode 316 gekoppelt ist (wie dies mit durchgezogenen Linien gezeigt ist), wenn das Fahrzeug sich vorwärts bewegt und der über einen Bypaß 332 parallel mit der Diode 316 (wie dies mit gebrochenen Linien gezeigt ist, geschaltet werden kann, wenn das Fahrzeug sich rückwärts bewegt. Wenn das Fahrzeug sich vorwärts bewegt, fließt somit in Vorwärtsrichtung ein Strom if durch die Diode 316 und wenn das Fahrzeug sich in Rückwärtsrichtung bewegt, fließt ein Gegenstrom ir unter Umgehung der Diode 316. Somit können Antriebskräfte auf die Hinterräder 307 selbst dann übertragen werden, wenn das Fahrzeug sich rückwärts bewegt.

Da bei der vorstehend genannten Ausbildungsform die Steuereinheit vorgesehen ist, um den Abgabestrom des Motors auf einen Wert von im wesentlichen von Null zu begrenzen, wenn die Drehgeschwindigkeit der Hinterräder jene der Vorderräder überschreitet, wird eine Zwangsdrehführung oder eine Drehkopplung der Vorder- und Hinterräder aufgehoben, um zu verhindern, daß die Hinterräder beim Bremsen des Fahrzeugs blockiert werden. Daher lassen sich die Bremskräfte auf die Vorder- und Hinterräder in optimaler Weise verteilen.

Fig. 26 zeigt einen Kraftübertragungsweg eines Fahrzeuges mit Vierradantrieb gemäß einer vierzehnten Ausbildungsform nach der Erfindung. Das Fahrzeug mit Vierradantrieb hat eine Antriebseinheit 401, die eine Brennkraftmaschine und ein Getriebe aufweist, eine Gelenkwelle 402, die mit einer Antriebseinheit 401 gekoppelt ist, ein hinteres Differential 403, das mit der Antriebseinheit 401 gekoppelt ist, zwei Hinterräder oder Hauptantriebsräder 404, die mit dem hinteren Differential 403 über Antriebsachsen 405 verbunden sind, ein vorderes Differential 406 und zwei Vorderräder oder Hilfsantriebsräder 407, die mit dem vorderen Differential 406 über Antriebsachsen 408 verbunden sind. Die Gelenkwelle 402 ist in ein Eingangswellenteil und ein Ausgangswellenteil unterteilt, zwischen denen ein Elektromotor 411 vorgesehen ist. Der Motor 411 hat einen Rotor 412 und einen Stator 413, der als ein Gehäuse dient, in dem der Rotor 412 angeordnet ist. Der Rotor 412 hat Ausgangsanschlüsse 414, die elektrisch mit einem Widerstand 415 verbunden sind. Der Stator 413 ist mit dem Eingangswellenteil der Gelenkwelle 402 verbunden, die mit der Antriebseinheit 401 verbunden ist und das Abtriebswellenteil der Gelenkwelle 402 ist mit dem Rotor 412 und dem vorderen Differential 406 verbunden. Der Stator 413 dient als Eingangwelle des Motors 411 und der Rotor 412 als Ausgangswelle desselben. Der Motor 411 bewirkt eine dynamische Bremsung in Abhängigkeit von dem Belastungswiderstand R des Widerstands 415 und erzeugt ein Abtriebsdrehmoment T, das im allgemeinen proportional zur Geschwindigkeitsdifferenz (W 1 - W 2) zwischen den Eingangs- und Ausgangswellen des Motors 411 ist.

Eine Diode 416 ist in Serie mit dem Widerstand 415 geschaltet. Die Diode 416 und der Widerstand 415 bilden in Verbindung miteinander eine Steuereinheit 421. Die Diode 416 dient zur Absperrung eines Gegenstromes, der im Motor 411 erzeugt wird, wenn die Drehgeschwindigkeit der Vorderräder 407 die Drehgeschwindigkeit der Hinterräder 404 übersteigt und die Vorderräder 407 Bremskräfte entwickeln.

Wenn das Fahrzeug normal fährt, ermöglicht die Diode 416, daß ein Strom i in einer Vorwärtsrichtung fließt und der Motor 411 somit eine dynamische Bremsung bewirkt. Wenn das Fahrzeug in einer niedrigen Geschwindigkeit eine Wende macht, drehen sich die Vorderräder 407 schneller als die Hinterräder und die Vorderräder 407 erzeugen Bremskräfte. Ein Gegenstrom, der durch den Motor 411 zu diesem Zeitpunkt erzeugt wird, wird durch die Diode 416 gesperrt und kein Ausgangsstrom wird vom Motor 411 geliefert. Somit bewirkt der Motor 411 keine dynamische Bremsung und die Drehzwangsführung oder Drehblockierung der Vorder- und Hinterräder 404, 407 wird aufgehoben. Da die Hinterräder 407 sich frei drehen können, ist die Erscheinung des Bremsens beim engen Kurvenfahren eliminiert und das Fahrzeug kann gleichmäßig eine Wende machen.

Die vorstehend genannte Steuerweise läßt sich unter Verwendung eines Mikroprozessors vornehmen. Bei einer solchen mikroprozessorgestützten Steuerung wird die Steuerspannung v 2 in der in Fig. 16 gezeigten Schaltung im voraus derart gewählt, daß, wenn die Anschlußspannung v 1 des Motors positiv ist, der Ausgangsstrom i auf einem Wert i = v 1/R ist, und wenn die Anschlußspannung v 1 negativ ist, der Ausgangsstrom i auf einen Wert von Null oder nahezu von Null begrenzt wird.

Als eine Alternative kann der Differentialverstärker 116, der in Fig. 16 gezeigt ist, durch Geschwindigkeitsdetektoren 117, 118 (Fig. 21) zum Detektieren der Drehgeschwindigkeit der Eingangs- und Ausgangswellen des Motors 111 ersetzt werden, um eine Geschwindigkeitsdifferenz zum Bewirken der vorstehend genannten Steuerart zu bestimmen.

Wenn die Auslegung der Steuerung nach Fig. 26 vorhanden ist, wirken keine Antriebskräfte auf die Hinterräder 407 ein, wenn das Fahrzeug sich rückwärts bewegt. Gemäß einer fünfzehnten Ausbildungsform nach Fig. 27 ist ein Umschalter 431 mit der Diode 416 stromab derselben verbunden und hat einen beweglichen Kontakt 431 a, der mit einem festen Kontakt 431 verbindbar ist, der mit der Diode 416 verbunden ist (wie dies mit durchgezogenen Linien eingetragen ist) wenn das Fahrzeug sich in Vorwärtsrichtung bewegt und das über einen Bypaß 432 (wie dies mit gebrochenen Linien gezeigt ist), parallel zur Diode 416 geschaltet ist, wenn das Fahrzeug sich rückwärts bewegt. Wenn das Fahrzeug sich vorwärts bewegt, fließt daher ein vorwärts gerichteter Strom if durch die Diode 416 und wenn das Fahrzeug rückwärts fährt, fließt ein Gegenstrom ir unter Umgehung der Diode 316. Daher können Antriebskräfte auf die Hinterräder 407 selbst dann zur Einwirkung gebracht werden, wenn das Fahrzeug rückwärts fährt.

Die Auslegung nach Fig. 27 führt zu einem Bremsen bei engen Kurven, wenn das Fahrzeug während der Rückwärtsfahrt eine Wende macht. Fig. 28 zeigt eine sechzehnte Ausbildungsform, bei der eine weitere Diode 433 parallel zur Diode 416 geschaltet ist, um einen vorwärts gerichteten Strom if zu sperren, wenn die Vorderräder 407 Bremskräfte erzeugen und das Fahrzeug rückwärts fährt. Bei einer Umkehrbewegung des Fahrzeuges ist der bewegliche Kontakt 431 a des Umschalters 431 mit einem festen Kontakt 431 c der Diode 433 verbunden, wie dies mit gebrochenen Linien eingetragen ist, da der Strom if, der erzeugt wird, wenn das Fahrzeug eine Wende bei der Rückwärtsbewegung macht, und Antriebskräfte auf die Vorderräder 407 erzeugt werden, die Diode 433 unterbricht, läßt sich die Problematik im Hinblick auf das Bremsen bei engen Kurven während einer Wende bei einer Rückwärtsfahrt eliminieren.

Zusätzlich läßt sich das Bremsen beim engen Kurvenfahren dann eliminieren, wenn Antriebskräfte auf die Vorderräder 404 sowohl bei der Vorwärtsfahrt als auch bei der Rückwärtsfahrt erzeugt werden, ohne daß eine Umschaltung zwischen der Betriebsart vorwärts und rückwärts erfolgt. Wenn ferner bei der Steuereinheit 121 nach Fig. 21 der Absolutwert der Drehgeschwindigkeit W 2 der Vorderräder 407 (Fig. 28), wenn diese mit Hilfe des Geschwindigkeitsdetektors detektiert wird, größer als der Absolutwert der Drehgeschwindigkeit W 1 der Hinterräder 404 (Fig. 28) ist, wenn diese mit Hilfe eines Geschwindigkeitsdetektors detektiert wird, wird der Strom i gesperrt. Der Strom wird nach Maßgabe der folgenden Steuertabelle gesteuert, in der die Drehgeschwindigkeit einem positiven Zeichen (+) zugeordnet ist, wenn das Fahrzeug vorwärts fährt und einem negativen Zeichen (-) zugeordnet ist, wenn das Fahrzeug sich rückwärts bewegt.

Steuertabelle

Wenn eine solche Stromsteuerung bewirkt wird, kann sich das Fahrzeug im Vierradantrieb befinden, während es normal in Vorwärts- und Rückwärtsrichtungen fährt und die Problematik hinsichtlich des Bremsens beim engen Kurvenfahren sich eliminieren, wenn man eine Wende bei einer geringen Geschwindigkeit macht, ohne daß eine Umschaltung zwischen den Betriebsarten vorwärts und rückwärts erfolgt.

Die Steuereinheit ist daher vorgesehen, den Abgabestrom des Motors auf einen Wert im wesentlichen von Null zu begrenzen, wenn die Vorderräder Bremskräfte erzeugen, so daß die Drehzwangsführung oder die Drehblockierung auf die Vorder- und Hinterräder aufgehoben werden kann, wenn das Fahrzeug eine Wende mit einer niedrigen Geschwindigkeit macht, so daß das Fahrzeug ruckfrei eine Wende unter Vermeidung des Bremsens beim engen Kurvenfahren durchfahren kann.

Bei der Erfindung wird wie zuvor beschrieben die Leistung von einer Antriebseinheit auf die Hilfsantriebsräder über einen Elektromotor übertragen, der eine leichte Änderung innerhalb eines großen Bereiches der Geschwindigkeitsdifferenz bzw. Drehmomentkennlinien ermöglicht. Da verhindert wird, daß vom Motor ein übermäßig großes Drehmoment erzeugt wird, läßt sich die Leistung des Motors reduzieren und der Motor kann gewichtsmäßig leicht und kompakt ausgelegt werden. Wenn das Fahrzeug gebremst wird, wird die Drehzwangsführung oder die Drehblockierung auf die Vorder- und Hinterräder aufgehoben, so daß die Hinterräder frei von einem Blockierungszustand sind. Daher lassen sich die Bremskräfte in optimaler Weise auf die Vorder- und Hinterräder übertragen.

Ferner wird die Drehzwangsführung auf die Vorder- und Hinterräder auch aufgehoben, wenn das Fahrzeug eine Wende bei einer Drehgeschwindigkeit macht, woraus resultiert, daß die Erscheinung des Bremsens beim engen Kurvenfahren nicht auftritt, so daß das Fahrzeug ruckfrei um die Kurven fahren kann.

Obgleich vorangehend bevorzugte Ausbildungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, ist die Erfindung natürlich nicht auf diese speziellen Ausbildungsformen beschrieben und es sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. Die Ausführungsbeispiele dienen daher nur zu Erläuterungszwecken und sind nicht beschränkend.

Zusammenfassend gibt die Erfindung eine Kraftübertragungseinrichtung für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb unter Ausnutzung einer dynamischen Bremsung eines Elektromotors an. Die Kraftübertragungseinrichtung umfaßt eine Hauptübertragungseinrichtung zum direkten Übertragen des Drehmoments einer Antriebseinheit auf Hauptantriebsräder, eine Hilfsübertragungseinrichtung, die eine Kraftübertragungswelle zum Übertragen eines Drehmoments der Antriebseinheit auf Hilfsantriebsräder hat, einen Elektromotor, der in der Hilfsübertragungseinrichtung angeordnet ist und einen Rotor und einen Stator hat, wobei der Rotor oder der Stator Ausgangsanschlüsse haben, und einen Widerstand, der mit den Ausgangsanschlüssen verbunden ist. Der Motor arbeitet als ein Generator. Die durch die Differenz zwischen den Drehgeschwindigkeiten des Stators und des Rotors erzeugte kinetische Energie wird in elektrische Energie umgewandelt, die als Wärme durch den Widerstand abgegeben wird. Ein an die Geschwindigkeitsdifferenz angepaßtes Drehmoment wird von der Ausgangswelle des Motors erzeugt.

Claims

1. Kraftübertragungseinrichtung in einem Fahrzeug mit Vierradantrieb, das eine Fahrzeugkarosserie, eine Antriebseinheit, Hauptantriebsräder, Hilfsantriebsräder und eine Bremseinheit hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungseinrichtung aufweist:
eine Hauptübertragungseinrichtung zum direkten Übertragen eines Drehmomentes der Antriebseinheit (41) auf die Hauptantriebsräder (44),
eine Hilfsübertragungseinrichtung mit einer Kraftübertragungswelle (42) zum Übertragen eines Drehmoments der Antriebseinheit (41) auf die Hilfsantriebsräder (47),
einen Elektromotor (1, 11, 111, 211, 311, 411), der in der Hilfsübertragungseinrichtung angeordnet ist und einen Rotor (2, 12 . . .) und einen Stator (3, 13 . . .) hat, wobei der Rotor oder der Stator Ausgangsanschlüsse (4, 14 . . .) haben und
einen Widerstand (5, 15 . . .), der mit den Ausgangsanschlüssen (4, 14 . . .) verbunden ist.

2. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsübertragungswelle (42) in zwei Wellenteile unterteilt ist, daß der Rotor (2, 12 . . .) oder der Stator (3, 13 . . .) mit einem Ende eines der Wellenteile verbunden ist und daß das andere Bauteil der Gruppe, bestehend aus Rotor und Stator mit einem Ende des anderen Wellenteils verbunden ist.

3. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsübertragungseinrichtung eine Differentialgetriebeeinrichtung (21, . . .) aufweist, die an der Kraftübertragungswelle (42) angeordnet ist, und die ein Hohlrad (22, . . .) und zwei Seitenabtriebsräder (24, 25) hat, wobei der Rotor (2) in Abhängigkeit von der Drehung des Hohlrads (22) drehbar ist und der Stator (23) fest mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist.

4. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsübertragungseinrichtung eine Differentialgetriebeeinrichtung (21, . . .) aufweist, die an der Kraftübertragungswelle (42) angeordnet ist und die ein Hohlrad (22) und zwei Seitenabtriebsräder (24, 25) hat, wobei der Rotor (2, . . .) mit einem der Seitenabtriebsräder (24, 25) verbunden ist und der Stator (3, . . .) fest mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist.

5. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Steuereinheit (221, . . .) zur Begrenzung eines Abgabestroms (i) des Motors (1, 11, . . .) unter einem vorbestimmten Wert vorgesehen ist, wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors (1, 11 . . .) eine vorbestimmte Geschwindigkeit überschreitet.

6. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (221) eine Einrichtung hat, die den Abgabestrom (i) auf einen konstanten Wert hält, wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors (1, 11 . . .) die vorbestimmte Geschwindigkeit überschreitet.

7. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (221) eine Einrichtung hat, die den Abgabestrom (i) im Verhältnis zu dem Reziprokwert der Drehgeschwindigkeit des Motors (1, 11 . . .) steuert, wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors den vorbestimmten Wert überschreitet.

8. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein Detektor (216) zum Detektieren der Betätigung der Bremseinheit und eine Steuereinheit (221) vorgesehen sind, die einen Abgabestrom (i) des Motors (1, 11 . . .) auf einen Wert im wesentlichen von Null begrenzt, wenn der Detektor detektiert, daß die Bremseinheit betätigt ist.

9. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor einen Bremspedalschalter (216) aufweist.

10. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor einen Detektor für die Detektion eines Bremsfluides aufweist.

11. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor einen Detektor zur Detektion der Beschleunigung des Fahrzeuges in Längsrichtung desselben aufweist.

12. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptantriebsräder die Vorderantriebsräder (44) und die Hilfsantriebsräder die Hinterräder (47) sind, daß ferner eine Steuereinheit (221) vorgesehen ist, die einen Abgabestrom (i) des Motors (1, 11 . . .) auf einen Wert im wesentlichen von Null begrenzt, wenn die Drehgeschwindigkeit der Hinterräder (47) die Drehgeschwindigkeit der Vorderräder (44) überschreitet.

13. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (221 . . .) eine Einrichtung (216) enthält, die den Abgabestrom (i) in Abhängigkeit von der Richtung begrenzt, in die der Abgabestrom fließt.

14. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (221 . . .) eine Einrichtung zur Begrenzung des Abgabestroms (i) in Abhängigkeit davon enthält, ob eine vom Motor (1, 11 . . .) erzeugte Spannung positiv oder negativ ist.

15. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein Detektor zum Detektieren der Drehgeschwindigkeiten der Vorder- und Hinterräder vorgesehen ist, und daß die Steuereinheit (221) eine Einrichtung enthält, die den Abgabestrom (i) in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den Drehgeschwindigkeiten der Vorder- und Hinterräder begrenzt.

16. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (221 . . .) eine Einrichtung zum Aufheben der Begrenzung des Abgabestromes oder der Umkehr des Abgabestromes enthält, wenn das Fahrzeug sich rückwärts bewegt.

17. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptantriebsräder die Hinterräder und die Hilfsantriebsräder die Vorderräder sind, und daß ferner eine Steuereinheit (221 . . .) zur Begrenzung eines Abgabestroms (i) des Motors (1, 11 . . .) auf einen Wert im wesentlichen von Null vorgesehen ist, wenn die Hinterräder Antriebskräfte erzeugen und die Vorderräder Bremskräfte erzeugen.

18. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (221 . . .) eine Einrichtung zum Begrenzen des Abgabestromes (i) in Abhängigkeit von der Richtung enthält, in die der Abgabestrom fließt.

19. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (221 . . .) eine Einrichtung zum Begrenzen des Abgabestromes in Abhängigkeit davon, ob die vom Motor (1, 11 . . .) erzeugte Spannung positiv oder negativ ist, enthält.

20. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Detektor zum Detektieren der Drehgeschwindigkeiten der Vorder- und Hinterräder vorgesehen ist, und daß die Steuereinheit eine Einrichtung zur Begrenzung des Abgabestromes (i) in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den Drehgeschwindigkeiten der Vorder- und Hinterräder enthält.

21. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (221 . . .) eine Einrichtung zum Aufheben der Begrenzung des Abgabestroms oder der Umkehr desselben enthält, wenn sich das Fahrzeug rückwärts bewegt.